【正文】 ................................................ 45 切換原理 ........................................................................................................ 46 軟件實現(xiàn)方式 ........................................................................................................... 48 HA Heartbeat 系統(tǒng)簡介 .................................................................................. 49 Heartbeat 雙機熱備邏輯系統(tǒng)架構 ................................................................ 50 Heartbeat 的安裝 ............................................................................................ 51 配置主服務器的 Heartbeat ............................................................................ 51 配置備份服務器的 Heartbeat ........................................................................ 52 設置主節(jié)點和備份節(jié)點時間同步 ................................................................. 52 啟動主備服務器的 Heartbeat ........................................................................ 52 Heartbeat 的測試 ............................................................................................ 52 6 雙機系統(tǒng)可靠性與可用性 .................................................................................................. 54 基本概念 .................................................................................................................... 54 蘭州交通大學碩士學位論文 VII 雙機系統(tǒng)可靠性分析 ................................................................................................ 54 雙機系統(tǒng)可用性分析 ................................................................................................ 57 結 論 ........................................................................................................................................ 60 致 謝 ........................................................................................................................................ 61 參 考 文 獻 ............................................................................................................................ 62 攻讀學位期間的研究成果 ...................................................................................................... 64 蘭州交通大學碩士學位 論文 1 1 緒論 論文研究的背景 隨著計算機技術和電子技術不斷地滲入各個學科領域，鐵路運輸?shù)慕ㄔO也得到了飛速的發(fā)展，不論是從運能、運量、行車密度，還是列車運行速度都有了很大的提高，信號的控制方式也從過去的機械聯(lián)鎖控制、電氣集中聯(lián)鎖控制發(fā)展到今天的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。 1996 年，鐵道部決定在吸取國外先進經驗的基礎上，建設鐵路運輸調度指揮管理信息系統(tǒng) (Dispatch Management Information System,簡稱 DMIS)。截止到 2020 年底，全路 3012 個車站、 30580km 線路完成了 TDCS 建設，一個適用于現(xiàn)代化鐵路運輸?shù)男熊囍笓]模式正在逐步形成。 2020 年完成了 LDJLZⅡ 型的 9 種模塊，并完成了與鐵科院通號所 TYJLTR2020型容錯聯(lián)鎖機的系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了國內第一套全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。 基于 Linux Embedded 的 TDCS 車站分機的研究與設計 2本次課題 就是在鐵路全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的背景下 完成 適合該系統(tǒng)的 TDCS 車站分機的研究與設計。 論文 研究 的 目 的及意義 TDCS 的建設提高了鐵路運輸?shù)男什⒋_保了行車安全，為鐵路運輸?shù)目焖俣?、高密度提供了基礎保障，是智能化、現(xiàn)代化的行車指揮管理系統(tǒng)。 嵌入式 系統(tǒng)及嵌入式 操作 系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng) ES（ Embeded System） 是以應用為中心和以計算機技術為基礎的，其軟硬件是可裁剪的，能滿足應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等指標的嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 蘭州交通大學碩士學位 論文 3 嵌入式操作系統(tǒng) (1) 嵌入式操作系統(tǒng)的定義 嵌入式操作系統(tǒng) EOS（ Embedded Operating System）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過去它主要應用于工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領域。 從應用角度可分為通用型嵌入式操作系統(tǒng)和專用型嵌入式操作系統(tǒng)。如 WindRiver 公司的 VxWorks、ISI 的 pSOS、 QNX 系統(tǒng)軟件公司的 QNX、 ATI 的 Nucleus 等。 嵌入式操作系統(tǒng)特點 EOS 是相對于一般操作系統(tǒng)而言的，它除具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務調度、同步機制、中斷處理、文件功能等外，還有以下特點 [7]： (1) 可裝卸性。 (3) 統(tǒng)一的接口。 (6) 強穩(wěn)定性，弱交互性。在嵌入系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計基于 Linux Embedded 的 TDCS 車站分機的研究與設計 4算機的 ROM 中。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點，如能夠有效管理越來越復雜的系統(tǒng)資源；能夠把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅動程序移植和維護中解脫出來；能夠提供庫函數(shù)、驅動程序、工具集以及應用程序等。系統(tǒng)結構和功能都相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶接口。能運行于各種類型的微處理上，兼容性好；內核小、效率高，具有高度的模塊化和擴展性；具備文件和目錄管理、設備支持、多任務、網(wǎng)絡支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應用程序接口 API；嵌入式應用軟件豐富。 論文的研究內容與結構安排 論文全文劃分為六 章，具體內容如下： 第一章為緒論部分，主要介紹論文選題的背景、目的和意義， 嵌入式系統(tǒng) 與嵌入式蘭州交通大學碩士學位 論文 5 操作系統(tǒng) 以及論文的研究內容與結構安排。 第五章為 TDCS 車站分機的雙機熱備系統(tǒng) 技術研究與實現(xiàn) ， 介紹了雙機熱備的 實現(xiàn)方式 ，重點闡述了硬件和軟件實現(xiàn)，在硬件實現(xiàn)中主要分析了系統(tǒng)結構和切換原理；在軟件實現(xiàn)中重點介紹了 如何利用高可靠性軟件配置雙機熱備系統(tǒng) 。 TDCS 系統(tǒng)采用各種新技術與鐵路信號技術的特點相互融合，把傳統(tǒng)的以車站為單位的分散信號系統(tǒng)逐步改造成為一 個全國統(tǒng)一的網(wǎng)絡信號系統(tǒng)，由提高安全 、 提高效率向提高運輸效能轉變，由單一功能向綜合功能轉變，由模擬傳輸向數(shù)字傳輸轉變，由手工繪制向輔助及自動繪制轉變；通過建立一個融 合 先進通信、信號、計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)傳輸、多媒體技術為一體的現(xiàn)代化信息系統(tǒng)，為各級調度人員提供先進的調度指揮和處理手段，提高應變和處理能力，減少調度人員通話和手工制表數(shù)量，改善調度指揮人員的工作條件，從而提高鐵路運輸組織的科學性、勞動生產效率和鐵路服務質量，為鐵道部生產布局的調整打下了堅實的基礎。以計算機替代重復、簡單的作業(yè)環(huán)節(jié)，減少作業(yè)員的工作環(huán)節(jié)、勞動強度。 以信息和網(wǎng)絡技術替代既有的信息采集、交換方式，提高信息交換的效率和質量，提高工作效率。 TDCS 系統(tǒng)功能： (1) 列車車次自動跟蹤和無線車次自動校核 。 (5) 行車日志自動生成 。 基于 Linux Embedded 的 TDCS 車站分機的研究與設計 8(9) 列車早晚點自動計算與部分運輸指標自動統(tǒng)計 。 第二層 鐵路局調度指揮中心 路局中心采用高性能雙局域網(wǎng)結構，對下接收各站的實時信息與資料，監(jiān)視各站 、主要干線 、 路局交接口 、 大型客站 、 編組站 、 樞紐 、 車站 、 區(qū)間的列車宏觀運行狀態(tài) 、運行統(tǒng)計數(shù)據(jù) 、 重點列車及車站的列車實際運行位置和站 場狀態(tài)顯示，同時向鐵道部傳送鐵路局收集的各類行車 表示信息及到發(fā)點信息。 TDCS 系統(tǒng)在車站安裝了車站值班員臺，系統(tǒng)具有 人工修改車次號 、 人工和自動報點 、 調度命令和階段計劃的簽收 、 現(xiàn)存車上報以及車站運統(tǒng)二 /三自動生成和打印等功能，使車站值班員具有了現(xiàn)代化調度的手段。 (1) 硬件性能要求 — 強運算能力 — 大存儲容量 — 高穩(wěn)定性 (2) 環(huán)境條件要求： 系統(tǒng)在硬件上滿足超低溫 、 高溫和 高海拔工作環(huán)境 硬件功能 — CPU：性能必須能夠滿足車站分機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和通信的實時性要求 — 存儲器：必須具有有抗震動，不易損壞，適合嵌入式應用 — 硬件接口：串行通信接口及其它硬件接口 軟件平臺的設計 車站分機系統(tǒng)主要由嵌入式操作系統(tǒng)和應用程序組成。 (3) 可移植性的需求 由于嵌入式硬件技術發(fā)展非常迅速，車站分機系統(tǒng)應該具有對多平臺支持的特性，方便以后其它硬件平臺的移植。 Palm OS 是一種 32 位的嵌入式操作系統(tǒng)。 Palm OS 是一套專門為掌上電腦開發(fā)的 OS。 ① 操作系統(tǒng)的節(jié)能功能。 ③ Palm OS 的數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)庫（ Database）的格式來存儲的。 Palm OS 與同步軟件（ HotSync）結合可以使掌上電腦與 PC 機上的信息實現(xiàn)同步，把臺式 相 同的功能擴展到了掌上電腦。 (2) Windows CE Windows CE 是微軟開發(fā)的一個開放的、可升級的 32 位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設備操作。與 Windows 95/9 Windows NT 不同的是， Windows CE 是所有源代碼全部由微軟自行開發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，其操作界面雖來源于 Windows 95/98，但 Windows CE 是基于 Win32 API 重新開發(fā)的、新型的信息設備平臺。它的設計可以滿足多種設備的需要，這些設備包括了工業(yè)控制器、通信集線器以及銷售終端之類的企業(yè)設備，還有像照相機、電話和家用娛樂器材之類的消費產品。 ③ 擁有良好的通信能力。這使得該操作系統(tǒng)具有嵌入式操作系統(tǒng)所要求的實時性?？梢允归_發(fā)人員在控制嵌入式系統(tǒng)的時序安排方面有更大的靈活性。 (3) 嵌入式 Linux Linux 是一個類似于 Unix 的操作系統(tǒng)。目前正在開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)中， 49%的項目選擇 Linux 作為嵌入式操作系統(tǒng)?，F(xiàn)以紅旗嵌入式 Linux 為例來講解嵌入式 Linux OS 的特點： ① 精簡的內核，性能高、穩(wěn)定，多任務。 ⑤ 提供完整的開發(fā)工具和 SDK，同時提供 PC 上的開發(fā)版本。 ⑨ 完善的中文支持，強大的技術支持，完整的文檔。 (3) 開發(fā)工具 開發(fā)工具的好壞及開發(fā)人員對工具的熟悉程度將直接影響嵌入式產品的開發(fā)進度。通常 ARM 系列處理器由于占有的市場份額比較大，很多嵌入式系統(tǒng)都支持它。有些商用的嵌入式操作系統(tǒng)（例如 VxWorks 和 Windows CE）既要收取開發(fā)費用，又按產品銷售的實際數(shù)量收取每個產品中嵌入式操作系統(tǒng)軟件運行時的許可證