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基于COTS技术的2乘2取2安全计算机平台的研究

作　者: 陈树泉
导　师: 唐涛
学　校: 北京交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: COTS 2乘2取2 安全计算机 安全苛求系统
分类号: TP309
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 162次
引　用: 2次
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内容摘要


随着计算机技术的发展,计算机被越来越多的用于安全苛求系统的控制,对安全计算机系统的研究形成了专门的分支。计算机的通用化和市场化,促使研究人员采用现货供应(Commercial-Off-The-Shelf,COTS)计算机产品构建安全计算机平台以替代价格高昂的专用计算机系统。论文以基于通信的列车控制(CBTC)系统中ZC应用和DSU应用作为应用背景,以CBTC系统中ZC应用和DSU应用所使用的基于COTS的安全计算机平台为例研究了如何基于COTS部件构建安全苛求系统。引入安全看门狗模块(Safety WatchDog Modular,SWDM)设计方法,提出了一种基于COTS的安全计算机平台结构,所采用的安全通信协议的结构符合EN50159-1标准规定。引入安全核(Safety Kernel)设计思想,对基于COTS技术的安全苛求系统软件的设计和实现进行了研究。以对所实现的2乘2取2安全计算机平台功能和性能几个方面的测试为例,研究了基于COTS技术构建的安全苛求系统的测试方法。最后对实验室样机的实现情况和系统的不足进行了说明,指明了下一步研究和改进的方向。本课题是对我国安全计算机技术的一个探索,具有深刻的现实意义,为深入研究COTS部件构成安全苛求系统的方法提供一定理论依据和技术指导。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
序  8-12
1 绪论  12-28
  1.1 选题背景和意义  12-13
  1.2 CBTC系统概述  13-14
    1.2.1 CBTC系统的特点  13-14
    1.2.2 CBTC系统的技术发展  14
  1.3 COTS技术发展概况  14-19
    1.3.1 COTS技术的概念  15
    1.3.2 基于COTS的系统设计  15-18
    1.3.3 基于COTS系统的优势与风险  18-19
  1.4 安全相关标准、规范和原则  19-21
    1.4.1 IEC 61508标准  19-20
    1.4.2 EN 50129标准  20-21
    1.4.3 EN 50159-1标准  21
  1.5 安全计算机发展概况  21-25
    1.5.1 安全计算机的概念  22-23
    1.5.2 安全保障技术  23-25
    1.5.3 安全计算机发展情况  25
  1.6 文章结构  25-26
  1.7 本章小结  26-28
2 基于COTS的安全计算机平台结构设计  28-40
  2.1 CBTC系统中应用对安全计算机平台的需求  28-30
    2.1.1 CBTC系统的基本原理  28-29
    2.1.2 应用对安全计算机平台的需求  29-30
  2.2 CBTC系统中安全计算机平台设计  30-36
    2.2.1 基于COTS的安全苛求系统开发方法  30-31
    2.2.2 CBTC系统中安全计算机平台的设计  31-33
    2.2.3 SWDM技术  33-34
    2.2.4 系统结构的选择  34-36
  2.3 基于COTS和 SWDM的安全计算机平台设计  36-39
    2.3.1 基于COTS和 SWDM的2乘2取2结构  36-37
    2.3.2 安全通信的设计  37-38
    2.3.3 安全性设计  38-39
    2.3.4 可用性设计  39
  2.4 本章小结  39-40
3 基于COTS的安全计算机平台软件设计  40-62
  3.1 基于安全核的设计方法  40-42
    3.1.1 安全核设计的起源与内涵  40-41
    3.1.2 基于安全核设计的系统结构  41-42
    3.1.3 基于安全核设计的系统的特点  42
  3.2 安全计算机平台软件设计  42-45
    3.2.1 应用软件与安全计算机平台关系  43
    3.2.2 2乘2取2安全计算机平台状态  43-45
    3.2.3 基于COTS操作系统的设计  45
  3.3 操作系统的选择  45-51
    3.3.1 嵌入式操作系统评价指标  46-47
    3.3.2 嵌入式操作系统的对比选择  47-50
    3.3.3 COTS嵌入式操作系统存在的危险  50-51
  3.4 安全核心的实现  51-57
    3.4.1 CPU和内存保护机制  51-53
    3.4.2 2取2双机同步设计  53-55
    3.4.3 2取2双机数据比较  55-57
  3.5 系统可靠性设计  57-60
    3.5.1 两个2取2通道之间跟随及切换  57-59
    3.5.2 2取2通道自恢复设计  59
    3.5.3 冗余设计  59-60
  3.6 本章小结  60-62
4 基于COTS的2乘2取2安全计算机的测试  62-80
  4.1 安全苛求系统测试方法  62-66
    4.1.1 系统测试  62-63
    4.1.2 各种测试方法  63-64
    4.1.3 安全苛求系统的测试  64-66
  4.2 基于COTS的2乘2取2安全计算机平台测试需求分析  66-67
    4.2.1 基于COTS2乘2取2安全计算机平台特点分析  66
    4.2.2 基于COTS的2乘2取2安全计算机平台测试需求  66-67
  4.3 控制流程的测试  67-69
    4.3.1 开发初期的控制流测试  67-69
    4.3.2 运行过程中的控制流检查  69
  4.4 同步的测试  69-72
    4.4.1 同步测试的目的  69
    4.4.2 同步测试  69-70
    4.4.3 同步测试结果及分析  70-72
  4.5 数据比较的测试  72-74
    4.5.1 数据比较测试需求  72
    4.5.2 数据比较测试结果  72-74
  4.6 容错及安全管理单元的测试  74-76
    4.6.1 容错管理单元的测试需求  74
    4.6.2 对COTS处理器安全监督信息的检测情况的测试  74-75
    4.6.3 状态转移情况的测试  75-76
  4.7 性能测试  76-78
    4.7.1 故障-安全特性测试  76-77
    4.7.2 效率测试  77-78
  4.8 本章小结  78-80
5 总结与展望  80-84
  5.1 设计的实现  80-81
  5.2 目前设计的优点与不足  81
  5.3 基于COTS安全计算机平台的发展展望和改进方向  81-84
参考文献  84-86
图索引  86-88
表索引  88-90
作者简历  90-94
学位论文数据集  94

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密
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