【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 TCP/IP 協(xié)議 .................................................................................................... 31 網(wǎng)絡(luò)模塊的程序?qū)崿F(xiàn) .................................................................................... 32 數(shù)據(jù)分析模塊 ............................................................................................................ 37 數(shù)據(jù)包協(xié)議分析算法 ................................................................................................ 39 5 TDCS 車(chē)站分機(jī)雙機(jī)熱備系統(tǒng)技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn) ................................................................ 42 雙機(jī)熱備系統(tǒng) ........................................................................................................... 42 雙機(jī)熱備系統(tǒng)的方案 .................................................................................... 42 TDCS 車(chē)站分機(jī)雙機(jī)熱備系統(tǒng) ..................................................................... 44 雙機(jī)熱備系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式 ............................................................................ 45 硬件實(shí)現(xiàn)方式 ........................................................................................................... 45 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ........................................................................................................ 45 切換原理 ........................................................................................................ 46 軟件實(shí)現(xiàn)方式 ........................................................................................................... 48 HA Heartbeat 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .................................................................................. 49 Heartbeat 雙機(jī)熱備邏輯系統(tǒng)架構(gòu) ................................................................ 50 Heartbeat 的安裝 ............................................................................................ 51 配置主服務(wù)器的 Heartbeat ............................................................................ 51 配置備份服務(wù)器的 Heartbeat ........................................................................ 52 設(shè)置主節(jié)點(diǎn)和備份節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步 ................................................................. 52 啟動(dòng)主備服務(wù)器的 Heartbeat ........................................................................ 52 Heartbeat 的測(cè)試 ............................................................................................ 52 6 雙機(jī)系統(tǒng)可靠性與可用性 .................................................................................................. 54 基本概念 .................................................................................................................... 54 蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 VII 雙機(jī)系統(tǒng)可靠性分析 ................................................................................................ 54 雙機(jī)系統(tǒng)可用性分析 ................................................................................................ 57 結(jié) 論 ........................................................................................................................................ 60 致 謝 ........................................................................................................................................ 61 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 62 攻讀學(xué)位期間的研究成果 ...................................................................................................... 64 蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位 論文 1 1 緒論 論文研究的背景 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)不斷地滲入各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，鐵路運(yùn)輸?shù)慕ㄔO(shè)也得到了飛速的發(fā)展，不論是從運(yùn)能、運(yùn)量、行車(chē)密度，還是列車(chē)運(yùn)行速度都有了很大的提高，信號(hào)的控制方式也從過(guò)去的機(jī)械聯(lián)鎖控制、電氣集中聯(lián)鎖控制發(fā)展到今天的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。與此同時(shí)鐵路運(yùn)輸調(diào)度指揮管理系統(tǒng)也從過(guò)去的傳統(tǒng)手工方式發(fā)展到今天的 DMIS、TDCS。 調(diào)度指揮現(xiàn)代化是鐵路運(yùn)輸管理現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，也是鐵路運(yùn)輸信息化建設(shè)和應(yīng)用的重點(diǎn)。列車(chē)調(diào)度指揮系統(tǒng) (TDCS)是以信息技術(shù)提升和改造傳統(tǒng)調(diào)度指揮的系統(tǒng)工程，也 是以科技創(chuàng)新提高生產(chǎn)力、實(shí)施內(nèi)涵擴(kuò)大再生產(chǎn)的重要領(lǐng)域。 1996 年，鐵道部決定在吸取國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建設(shè)鐵路運(yùn)輸調(diào)度指揮管理信息系統(tǒng) (Dispatch Management Information System,簡(jiǎn)稱(chēng) DMIS)。該系統(tǒng)采用鐵路信號(hào)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，通過(guò)鐵路既有專(zhuān)用數(shù)據(jù)通道，將鐵道部中心、鐵路局中心、鐵路分局中心以及覆蓋全路所有車(chē)站的 DMIS 設(shè)備，連接成一個(gè)實(shí)時(shí)、可靠、安全的 DMIS 網(wǎng)絡(luò)。 2020 年，在制定《鐵路信息化總體規(guī)劃》時(shí)，將 DMIS 改 名為列車(chē)調(diào)度指揮系統(tǒng) (簡(jiǎn)稱(chēng) TDCS)。十年來(lái)，通過(guò)電務(wù)、運(yùn)輸?shù)炔块T(mén)及研發(fā)單位的共同努力， TDCS 的建設(shè)已初具規(guī)模，功能逐步完善，在全路迅速推廣、應(yīng)用。截止到 2020 年底，全路 3012 個(gè)車(chē)站、 30580km 線(xiàn)路完成了 TDCS 建設(shè)，一個(gè)適用于現(xiàn)代化鐵路運(yùn)輸?shù)男熊?chē)指揮模式正在逐步形成。 今天的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)已逐步取代了傳統(tǒng)的繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)，正在逐步向全電子化方向發(fā)展。鐵路車(chē)站全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)正是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)，用智能全電子執(zhí)行單元代替了鐵路車(chē)站執(zhí)行部分的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)了控制、監(jiān)督、監(jiān)測(cè)一 體化。蘭州交通大學(xué)自動(dòng)控制研究所在鐵道部立項(xiàng)研制電子執(zhí)行單元，從 1996年開(kāi)始進(jìn)行研究， 2020 年初通過(guò)鐵道部技術(shù)審查，同年完成了 LDJLZⅡ 型的 3 種類(lèi)型的模塊。 2020 年完成了 LDJLZⅡ 型的 9 種模塊，并完成了與鐵科院通號(hào)所 TYJLTR2020型容錯(cuò)聯(lián)鎖機(jī)的系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)第一套全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。 2020 年完成了LDJLZⅡ 型 12種類(lèi)型的模塊。 LDJLZⅡ 型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖全電子執(zhí)行單元自 2020年到 2020年得到了較快的發(fā)展， 2020 年 7 月通過(guò)鐵道部技術(shù)鑒定。 LDJLZ 型全電子化計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖是 以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為核心，自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、電力電子開(kāi)關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)，建立在軟硬件雙重基礎(chǔ)上的鐵路信號(hào)控制的新一代全電子化聯(lián)鎖設(shè)備，也是目前我國(guó)唯一實(shí)現(xiàn)全部電子化并通過(guò)鐵道部鑒定的鐵路車(chē)站信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。 基于 Linux Embedded 的 TDCS 車(chē)站分機(jī)的研究與設(shè)計(jì) 2本次課題 就是在鐵路全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的背景下 完成 適合該系統(tǒng)的 TDCS 車(chē)站分機(jī)的研究與設(shè)計(jì)。鐵路由 DMIS 到 TDCS 過(guò)度之后，相應(yīng)車(chē)站分機(jī)的功能和結(jié)構(gòu)基本沒(méi)有變化，要完成信息的采集和傳送、無(wú)線(xiàn)車(chē)次號(hào)校核、車(chē)次跟蹤及自動(dòng)報(bào)點(diǎn)等功能。而要完成這些功能我們就要設(shè)計(jì)出相應(yīng)的應(yīng)用程序，來(lái)自動(dòng)的計(jì)算并處理 數(shù)據(jù)。由于應(yīng)用程序功能復(fù)雜，所以我們要把應(yīng)用程序運(yùn)行在一個(gè)專(zhuān)用操作系統(tǒng) 上，其中 設(shè)備管理、內(nèi)存管理和進(jìn)程管理等都是必不可少的，而且這個(gè)操作系統(tǒng)要實(shí)時(shí)、可靠、快速運(yùn)行。 論文 研究 的 目 的及意義 TDCS 的建設(shè)提高了鐵路運(yùn)輸?shù)男什⒋_保了行車(chē)安全，為鐵路運(yùn)輸?shù)目焖俣?、高密度提供了基礎(chǔ)保障，是智能化、現(xiàn)代化的行車(chē)指揮管理系統(tǒng)。而 TDCS 車(chē)站分機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中起到了很關(guān)鍵的作用，它完成了各個(gè)車(chē)站信息的采集 （包括站場(chǎng)碼位信息、報(bào)警信息、按鈕及狀態(tài)信息以及各類(lèi)模擬信息等） 等功能，并 通過(guò) TCP/IP、串口通訊等方式 將信 息上傳到鐵道部和鐵路局。 在 TDCS 系統(tǒng)里，采用的是很多廠(chǎng)家的硬件和軟件， 因此我所在已有硬件基礎(chǔ)之上來(lái)進(jìn)行軟件的編寫(xiě) 。本 論文就是要對(duì) TDCS 的車(chē)站分機(jī)進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā)，并且開(kāi)發(fā)出適合于我們自己的硬件和軟件的嵌入式 Linux 操作系統(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(yīng)用為中心和以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的，其軟硬件是可裁剪的，能滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等指標(biāo)的嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等 功能，具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。它通常由嵌入式處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件等幾大部分組成 [7]。 一個(gè)最小的嵌入式系統(tǒng)的基本組成包括： (1) 一個(gè)用作引導(dǎo)的可用設(shè)施； (2) 具備內(nèi)存管理、進(jìn)程管理和定時(shí)器服務(wù)的內(nèi)核； (3) 一個(gè)初始進(jìn)程； (4) 硬件驅(qū)動(dòng)程序； (5) 一個(gè)或幾個(gè)應(yīng)用進(jìn)程以提供必要的應(yīng)用功能。 蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)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(guò)去它主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國(guó)防系統(tǒng)領(lǐng)域。 EOS 負(fù)責(zé)嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)；它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過(guò)裝卸某些模塊來(lái)達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。 EOS 具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，能夠有效管理復(fù)雜的系統(tǒng)資源，并且把硬件虛擬化 [3]。 (2) 嵌入式操作系統(tǒng)的分類(lèi) 嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。 從應(yīng)用角度可分為通用型嵌入式操作系統(tǒng)和專(zhuān)用型嵌入式操作系統(tǒng)。常見(jiàn)的通用 型嵌入式操作系統(tǒng)有 L