交通信创 | 基于鸿道工业操作系统的轨交安全计算机平台

信创到家 2024-01-11 19:53:17  52519

分类专栏：资讯

编者按：轨道交通行业软硬件产品的国产化开发和替代迫在眉睫。特别是车载安全计算机平台，因其是列控系统的核心，直接控制列车运行，产品供应链稳定性和运行安全性、可靠性尤为重要。为此，科东软件基于飞腾芯片对车载安全计算机平台进行了国产化适配，方案详情如下。

信创解决方案背景

近年来，国际贸易战使诸多国外常用的SOC无法采购或采购周期不可控，由此给轨道交通行业的稳定发展造成不可预测的影响；与此同时，自21年开始，关键行业软件和操作系统如：Redhat、CentOS、Vxworks、QNX、μC/os-ii等产品相继宣布对华停止服务或更新，或被要求禁止向中国分享安全漏洞。这将给运行中的中国轨道交通带来前所未有的安全风险。

轨道交通行业软硬件产品的国产化开发和替代迫在眉睫。特别是车载安全计算机平台，因其是列控系统的核心，直接控制列车运行，产品供应链稳定性和运行安全性、可靠性尤为重要。为此，科东软件基于飞腾芯片对车载安全计算机平台进行了国产化适配，既解决了基于国外硬件平台和操作系统的产品的安全性和不确定性隐患，同时也保障了产品综合性能和可维护性，解锁“卡脖子”问题，促进行业的可持续发展。

信创解决方案详情

方案介绍

车载安全计算机平台作为车载信号系统的主体设备，安装于列车首尾端，是车载列控系统的核心。车载安全计算机平台通过车—地无线通信获取轨旁设备信息如轨道电路、应答器等，结合列车制动力、线路坡度、列车运行速度、列车编组、前车（目标）距离、进路状态等信息，按照列车牵引计算模型，生成制动模式曲线，并把列车运行速度与模式曲线相比较，必要时通过故障一安全电路向列车输出制动信息，控制列车安全运行。其在整体列控系统中的位置如下图所示：

方案架构

基于国产飞腾ARM架构处理器、科东软件自主研发的鸿道(Intewell)工业实时操作系统、安全计算硬件平台所打造的车载安全计算机平台解决方案，可应用于ATP/ATO（列车自动防护/列车自动运行），LKJ（列车运行监控装置）等不同产品。平台包含电源板、主控板、接口板、交换板、扩展板及系统维护板等，多模块协同实现列车运行控制和管理、安全防护、移动授权、总线通信、无线通信等功能，保障列车安全、稳定、高效运行。

本平台为通用型安全计算机平台，其中电源板、主控板、接口板、交换板及系统维护板为系统固定配置，扩展板为可变配置，通过选用不同的可变配置板卡，决定本平台是用于ATP/ATO（列车自动防护/列车自动运行）设备还是LKJ（列车运行监控装置）设备，实现一次设计，覆盖多场景应用。

车载安全计算机平台可以与多种外围设备交联，如BTM（应答器天线）、TAX（机车安全信息综合监测装置）、EMU（电力动车组）、LAIS（列车运行状态信息系统）、LMD（LKJ设备运行监测系统）、DMI（车载人机界面）、列车网络、速传传感器、压力传感器电台维护数据记录单元、TCR（轨道电路）天线等。其中：

电源板：通过对外部输入电源（110VDC）的转换，为车载安全计算机平台供电；

主控板：承担安全计算机的计算和管理任务，主要完成对轨旁设备的信号采集和余度管理，并利用表决结果进行相关曲线计算，然后输出指令信号，由I/O模块完成相应指令动作，达到对列车速度的控制。另外主控板还承担车载无线电台通信和管理、Subset-037协议实现及密钥管理等功能；

接口板：负责接入多种外部设备，实现机箱内TSN（时间敏感网络）以太网总线与多种外部总线的信息桥接功能；

交换板：用于时间规划表设置、TSN协议解析、对流量进行转发以及完成周期性的时间同步等。平台各个板卡与交换机之间点对点连接，实现TSN数据交换功能；

系统维护板：承担系统运行数据记录和系统维护升级功能。

主控板和接口板是车载安全计算机平台的核心模块，两者均采用飞腾E2000D芯片作为主处理器。主控板是列车运行计算的核心单元，需要极强的实时性保障，而接口板作为系统与轨旁设备连接的桥梁，需要大量的外设接口资源。除此之外，作为全系统统一维护升级和数据存储的维护板卡，为系统提供快速数据存储和数据交互能力，也采用飞腾E2000D芯片作为主处理器。飞腾E2000D除了具备极强的算力，丰富的系统资源以外，作为一颗专为嵌入式场景设计的芯片，还具备极强的环境适应性和稳定性，能完美契合轨道交通应用场景对于硬件平台的高性能使用需求。

软硬件实现层次架构

车载安全计算机平台实现包含三层架构：硬件层，操作系统层，业务应用层。

• 硬件层

本系统硬件基于飞腾腾珑E2000D芯片设计，飞腾腾珑E2000D系列是飞腾ARM架构的嵌入式处理器，算力强，接口丰富，稳定性好，可应用于电力、轨交、工控等领域。

• 操作系统层

Intewell RTOS（包括Intewell Hypervisor），为应用系统运行提供底层能力支撑。操作系统采用微内核架构，实时性好，安全性高，系统更健壮，满足列控系统应用需求。

• 业务应用层

包括车载安全计算机平台各模块软件功能，提供车载系统安全功能的业务逻辑运算和应用调度能力。其中，平台软件模块提供系统基础业务逻辑和运算、面向应用层的API封装等功能；应用软件模块提供具体的业务调度和计算能力，包括：数据采集、MA（移动授权）计算、ATP曲线计算、运行防护和运行指令输出等；通信表决模块实现多总线数据通信，系内交互数据二取二表决等功能，并向平台软件反馈表决结果。

信创解决方案实施效果

本方案中所涉及软硬件产品，无论是算力芯片、硬件设备、还是操作系统、平台软件、应用软件等都是全自主开发，充分展示了国产化研发实力及落地能力，实现了自主创新和全国产化的目的。系统稳定性、实时性、安全性等完全符合/部分优于现有系统的使用要求。

信创解决方案成功案例

项目简介

系统应用于北部某大型轨道交通企业的车载安全计算机平台，实现该型产品的纯国产化替代。

技术路线

安全计算硬件平台+飞腾E2000D处理器+科东鸿道（Intewell）工业操作系统

建设内容

对车载安全计算机平台硬件、操作系统、平台软件、应用软件等进行系统设计、开发，实现系统应用及纯国产化替代，同时完成系统功能安全认证。

方案特点和价值

基于国产CPU平台和自主研发硬件设备、以及纯国产操作系统和软件，实现全功能车载安全计算机平台的开发。全套产品自主可控，操作系统分时分区、混合架构、多台融合、跨系统通信的特点，既能满足在单核/多核CPU上运行多个VM的需求，又能保障安全/实时/关键业务与非安全/非实时/非关键业务的并行、隔离运行，保障系统的实时、可靠、安全、隔离等性能要求。

企业简介

科东（广州）软件科技有限公司（以下简称“科东软件”，http://www.intewellos.com/）是由科学城（广州）信息科技集团有限公司和北京东土科技股份有限公司（股票代码：300353）共同出资组建，注册资金2.5亿元。

科东软件自主研发的Intewell工业嵌入式实时操作系统，是新一代工业控制系统承上启下的平台，致力于解决工业现场层操作系统的自主可控、安全可信问题，助力企业数字化转型，实现工业互联网的数字化、网络化、智能化发展，是粤港澳大湾区最具规模的工业操作系统研发及推广应用企业。

Intewel操作系统基于微内核架构，具备软件定义控制、高实时（us级响应）、高可靠、自主可控、多业务承载、软硬件解耦等一系列的特性，实现了控制、计算、网络、云服务技术的融合统一。

Intewell操作系统拥有 150+件专利、40+项软件著作权，并通过了全球功能安全领域开创者——南德意志集团的最高安全完整性等级的功能安全认证，成为了国内首个在工业控制、轨道交通、汽车电子三个重要行业获得TÜV南德功能安全认证的操作系统品牌。Intewell操作系统也通过了工信部电子五所的测试，内核及部分关键代码自主率100%，并赢得了首届全球工业智能领域“湛卢奖”技术创新奖、首届中国工业互联网大赛一等奖、2021第十届中国创新创业大赛（广东•广州赛区）三等奖、首届工业软件创新应用大赛工业软件创新奖（最高级别奖项）等荣誉。

作为工业实时操作系统的领跑者，科东软件的产品及其解决方案已广泛应用于工业控制、汽车电子、轨道交通、智能制造、能源电力、航天航空等多个领域，可靠性、安全性等得到了充分验证。

道阻且长，行则将至。科东软件将始终致力于自主可控的基础工业软件开发与应用，通过Intewell操作系统、Intewell Developer开发环境、MaVIEW控制系统等产品及解决方案，使能机器，构建智能互联的工业世界！

出品 | 安东工作室

作者｜科东软件

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