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摘 要：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。本文主要是对嵌入式计算机联锁控制系统的相关内容进行了分析。
关键词：嵌入式系统；计算机技术；联锁控制
嵌入式系统是以应用为中心，它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，它可以用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能。 嵌入式系统一般都是指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。根据计算机联锁系统的性能特点，提出了基于ARM嵌入式的信号计算机联锁控制系统结构。确保系统可靠性和安全性的实现；利用Linux的实时多任务处理能力，提供系统在分布式环境下实时通信能力；保证系统具有良好的可扩展性。
1 ARM嵌入式的主要特性
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器具备以下特点：第一，可以.对实时多任务具有很强的支持能力，可以使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。 第二，可以具有功能很强的存储区保护功能。可以避免软件模块之间出现错误。 第三，可以扩展处理器结构，能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。 第四，可以使入式微处理器必须功耗很低，尤其是对于便携式的无线及移动的计算和通信设备更是如此。
2 嵌入式的总体设计方案
2.1 嵌入式系统的结构设计
嵌入式的系统组成有机部分，其中包括用户操作层的显控机、联锁关系运算的联锁主机和备用主机为主的设备，还有需要匹配的设备，如记录系统运行状况的维修机、各种执行机等。嵌入式系统在结构上具有模块化、层次化等特点。它的模块化主要是指显控微机模块、联锁微机模块、通信模块、PLC和执行模块等；它的层次化是指系统具有显示控制、联锁运算、通信、驱动及执行等5个不同的物理层次。这种结构的优点在于可根据不同控制系统规模的大小、作业需求的不同，可以在不改变联锁软件的基础上，通过修改规模的静态数据来增设相应硬件模块，这样就可以满足系统的扩容要求，又能够具有很好的经济性与实用性。第一，可以利用键盘、鼠标等操作输入，在图形显示器上显示信息。在系统规模较大时，可设置操作命令采集机进行输入，并转换成约定格式传送给联锁机；第二，由于联锁机是系统的核心部分，承担着操作输入的判别、联锁信号的调理及分析、逻辑运算、控制命令生成、故障诊断等任务，其可靠性、安全性有较大影响。系统中设置一主一备2台联锁机，可实施人工切换；第三，由于通信模块的任务较多，当实现现场监控设备，当表示信息与PLC输出的驱动信号的安全逻辑发生转换，使PLC的输入、输出信息均产生故障-安全性能；同时，可以用专用电路规范监控设备的测控过程，包括表示信息采集机制与设备驱动流程；第四，由于驱动层由PLC组成，它承担着采集表示信息并负责将联锁机的操作命令，同时立即转化为故障-安全控制信号的任务。
2.2 系统可靠性及故障——安全设计
目前，国内外进行高可靠系统的容错设计手段，采用的方式是三模静态冗余方案，也有采用二模动态冗余方案的设计者。由于它们都是采用了故障检测技术与软件冗余资源。由于这2种方案有一个共同的特点，它们都对硬件故障具有较强的屏蔽与纠错能力，不足之处是实现这些方案具有一定的难度。
在信号指挥领域，由于它关系到的安全问题是首要的目标，在安全和效率之间相比，安全是超过效率的重要因素，因此，在信号指挥系统，相应对计算机的联锁系统来讲，对可靠性与安全性的要求标准一定要很高。在设计过程中，选择的方式有2种。第一，是强化系统的可靠性设计，由于可靠性理论包含了系统故障的屏蔽效应，可以利用高的可靠性来换取系统的低故障率，这样就可以隐含对安全性的提升。第二，是在保证可靠性要求基础上，实现计算机联锁系统可靠性与安全性。实质上是只考虑少量的效率问题，这样就可以降低成本，来换取系统的高安全性的需要，这样虽然在效率方面有所损失，但可以保证信号对联锁系统性能要求。因此，这种设计理念也常被采用。
2.2.1模块化、标准化与应用性。模块化设计主要体现在联锁机、PLC及安全信号结合电路的主要设备或部件上；标准化设计主要体现在联锁软件与结合电路上。联锁软件可以适应不同站场规模、不同作业要求；结合电路则可针对室外设备的不同类型具有通用性与兼容性。
2.2.2系统故障诊断与安全导向。采用单模二级复核式容错结构的一个重要实现基础，就是系统必须具有强大的故障诊断功能，这样才能保证安全导向与快速维修响应速度。联锁控制系统的硬件故障通常表现在控制主机、PLC与结合电路模块、工作电源等设备上；软件故障表现为程序跑飞、技术条件错误、通信异常等。这些故障的表现方式及造成的结果虽不同，应当应采取相应的处理方式。联锁控制系统故障可分为逻辑层、数据层及系统层等，可针对不同的故障，采取不同的诊断方法和措施，使系统导向安全。
2.2.3系统的算法冗余。联锁系统出现故障，是由于产生不正确的输出控制命令，使联锁或PLC复核软件出错，一方面可能是由各自的CPU或所使用的指令引发的，但更多的是被转化为程序的任务、技术条件的错误。因此，如何识别技术条件的错误，也就能预防错误运算结果的输出。
随着我国铁路不断提速和运输效率的提高，对计算机联锁控制的安全性及控制水平的要求提高。把ARM技术应用于计算机联锁系统，能够增强系统的可靠性和稳定性，具有一定的应用价值。
参考文献：
[1]江 伟谢振华刘孝凡等.基于ARM嵌入式的计算机联锁控制系统研究[J].铁道通信信号.2008-11-17
[2]陈璐杨雪峰张正光.MCIS模块化区域计算机联锁控制系统的设计与实现[J].铁道标准设计.2012-10-26`
关键词：嵌入式系统；计算机技术；联锁控制
嵌入式系统是以应用为中心，它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，它可以用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能。 嵌入式系统一般都是指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。根据计算机联锁系统的性能特点，提出了基于ARM嵌入式的信号计算机联锁控制系统结构。确保系统可靠性和安全性的实现；利用Linux的实时多任务处理能力，提供系统在分布式环境下实时通信能力；保证系统具有良好的可扩展性。
1 ARM嵌入式的主要特性
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器具备以下特点：第一，可以.对实时多任务具有很强的支持能力，可以使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。 第二，可以具有功能很强的存储区保护功能。可以避免软件模块之间出现错误。 第三，可以扩展处理器结构，能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。 第四，可以使入式微处理器必须功耗很低，尤其是对于便携式的无线及移动的计算和通信设备更是如此。
2 嵌入式的总体设计方案
2.1 嵌入式系统的结构设计
嵌入式的系统组成有机部分，其中包括用户操作层的显控机、联锁关系运算的联锁主机和备用主机为主的设备，还有需要匹配的设备，如记录系统运行状况的维修机、各种执行机等。嵌入式系统在结构上具有模块化、层次化等特点。它的模块化主要是指显控微机模块、联锁微机模块、通信模块、PLC和执行模块等；它的层次化是指系统具有显示控制、联锁运算、通信、驱动及执行等5个不同的物理层次。这种结构的优点在于可根据不同控制系统规模的大小、作业需求的不同，可以在不改变联锁软件的基础上，通过修改规模的静态数据来增设相应硬件模块，这样就可以满足系统的扩容要求，又能够具有很好的经济性与实用性。第一，可以利用键盘、鼠标等操作输入，在图形显示器上显示信息。在系统规模较大时，可设置操作命令采集机进行输入，并转换成约定格式传送给联锁机；第二，由于联锁机是系统的核心部分，承担着操作输入的判别、联锁信号的调理及分析、逻辑运算、控制命令生成、故障诊断等任务，其可靠性、安全性有较大影响。系统中设置一主一备2台联锁机，可实施人工切换；第三，由于通信模块的任务较多，当实现现场监控设备，当表示信息与PLC输出的驱动信号的安全逻辑发生转换，使PLC的输入、输出信息均产生故障-安全性能；同时，可以用专用电路规范监控设备的测控过程，包括表示信息采集机制与设备驱动流程；第四，由于驱动层由PLC组成，它承担着采集表示信息并负责将联锁机的操作命令，同时立即转化为故障-安全控制信号的任务。
2.2 系统可靠性及故障——安全设计
目前，国内外进行高可靠系统的容错设计手段，采用的方式是三模静态冗余方案，也有采用二模动态冗余方案的设计者。由于它们都是采用了故障检测技术与软件冗余资源。由于这2种方案有一个共同的特点，它们都对硬件故障具有较强的屏蔽与纠错能力，不足之处是实现这些方案具有一定的难度。
在信号指挥领域，由于它关系到的安全问题是首要的目标，在安全和效率之间相比，安全是超过效率的重要因素，因此，在信号指挥系统，相应对计算机的联锁系统来讲，对可靠性与安全性的要求标准一定要很高。在设计过程中，选择的方式有2种。第一，是强化系统的可靠性设计，由于可靠性理论包含了系统故障的屏蔽效应，可以利用高的可靠性来换取系统的低故障率，这样就可以隐含对安全性的提升。第二，是在保证可靠性要求基础上，实现计算机联锁系统可靠性与安全性。实质上是只考虑少量的效率问题，这样就可以降低成本，来换取系统的高安全性的需要，这样虽然在效率方面有所损失，但可以保证信号对联锁系统性能要求。因此，这种设计理念也常被采用。
2.2.1模块化、标准化与应用性。模块化设计主要体现在联锁机、PLC及安全信号结合电路的主要设备或部件上；标准化设计主要体现在联锁软件与结合电路上。联锁软件可以适应不同站场规模、不同作业要求；结合电路则可针对室外设备的不同类型具有通用性与兼容性。
2.2.2系统故障诊断与安全导向。采用单模二级复核式容错结构的一个重要实现基础，就是系统必须具有强大的故障诊断功能，这样才能保证安全导向与快速维修响应速度。联锁控制系统的硬件故障通常表现在控制主机、PLC与结合电路模块、工作电源等设备上；软件故障表现为程序跑飞、技术条件错误、通信异常等。这些故障的表现方式及造成的结果虽不同，应当应采取相应的处理方式。联锁控制系统故障可分为逻辑层、数据层及系统层等，可针对不同的故障，采取不同的诊断方法和措施，使系统导向安全。
2.2.3系统的算法冗余。联锁系统出现故障，是由于产生不正确的输出控制命令，使联锁或PLC复核软件出错，一方面可能是由各自的CPU或所使用的指令引发的，但更多的是被转化为程序的任务、技术条件的错误。因此，如何识别技术条件的错误，也就能预防错误运算结果的输出。
随着我国铁路不断提速和运输效率的提高，对计算机联锁控制的安全性及控制水平的要求提高。把ARM技术应用于计算机联锁系统，能够增强系统的可靠性和稳定性，具有一定的应用价值。
参考文献：
[1]江 伟谢振华刘孝凡等.基于ARM嵌入式的计算机联锁控制系统研究[J].铁道通信信号.2008-11-17
[2]陈璐杨雪峰张正光.MCIS模块化区域计算机联锁控制系统的设计与实现[J].铁道标准设计.2012-10-26`