１安全數據交互方式
爲避免ＭＰＵ和ＨＣＵ同時對雙口ＲＡＭ的同一個內存單元進行訪問，本設計沒有采用雙口ＲＡＭ的中斷或者信號量等機制，而是採用一種基於角色的環形緩衝收發機制，將雙口ＲＡＭ劃分爲兩個獨立環形緩衝區：發送環形緩衝區和接收環形緩衝區。發送環形緩衝區負責將ＭＰＵ數據傳遞給ＨＣＵ，最終發送給外部設備；ＨＣＵ從外部設備接收到數據，放到接收環形緩衝區，並傳遞給ＭＰＵ。
１．１數據處理
三取二安全計算機邏輯運算模組的執行週期爲６００ｍｓ，該模組按照週期進行數據接收、數據處理、數據輸出。在第ｎ個週期，ＭＰＵ上的控制邏輯運算模組從雙口ＲＡＭ接收到數據後，放到邏輯接收緩衝區；從邏輯接收緩衝區取出ｎ－１個週期的數據並進行邏輯處理；將ｎ－２個週期的邏輯處理結果，從邏輯發送緩衝區中取出，放到雙口ＲＡＭ中。ＭＰＵ上的控制邏輯運算模組對安全數據進行邏輯處理的時間不超過３００ｍｓ，如果超過，就會影響ＭＰＵ接收或者發送數據。同樣，ＭＰＵ上的控制邏輯運算模組接收、發送數據超過３００ｍｓ，也會影響邏輯處理功能。在接收發送處理階段，３００ｍｓ中的２８０ｍｓ被分爲２０個發送接收子週期，每一個子週期的時間爲１４ｍｓ。在ＨＣＵ中，也是按照同樣的執行節拍從雙口ＲＡＭ中寫入或讀出數據。ＭＰＵ與ＨＣＵ之間交互的數據，按照預先定義的雙口ＲＡＭ交換數據幀進行。數據幀定義略———編者注。
１．２數據接收
ＨＣＵ透過網絡接口接收到數據後，對數據進行預處理，按照交換數據幀進行數據組包。根據當前週期號設定“ｃｙｃｌｅ”，同時確定該數據包需要被放到Ｄ、Ｅ、Ｆ三個區塊中寫入區塊角色標誌“ｒｏｌｅ”，將“ｆｌａｇ”設定爲１（即爲輸入），並交換數據幀的其他字段，按照源網絡數據包中的資訊進行設定。ＨＣＵ根據當前週期號確定在接收環形緩衝區中的寫入區塊後，將組包之後的交換數據幀放到寫入區塊中。ＭＰＵ根據當前週期號確定在接收環形緩衝區中的讀出區塊後，從讀出區塊中獲取交換數據幀，然後對數據幀進行解包，並透過“ｃｙｃｌｅ”、“ｒｏｌｅ”、“ｆｌａｇ”、“ｓａｆｅｔｙ”、“ｃｒｃ”等資訊來驗證數據幀的唯一性和正確性，正常的數據幀被放到邏輯接收緩衝區，異常的數據幀被丟棄。同時ＭＰＵ根據當前週期號，確定在接收環形緩衝區中的測試區塊，利用內存檢測算法對測試區塊進行雙口ＲＡＭ內存區塊檢測。
１．３數據發送
在當前週期的`６００ｍｓ內，ＭＰＵ進行邏輯運算處理在３００ｍｓ內完成後，ＭＰＵ從邏輯發送緩衝區中讀取上個週期的邏輯處理結果數據，並對結果數據進行預處理，按照交換數據幀進行數據組包。根據當前週期號設定“ｃｙｃｌｅ”，同時確定該數據包需要被放到Ａ、Ｂ、Ｃ三個區塊中寫入區塊角色標誌“ｒｏｌｅ”，將“ｆｌａｇ”設定爲１（即爲輸入），並交換數據幀的其他字段，按照源網絡數據包中的資訊進行設定。ＭＰＵ根據當前週期號，確定在發送環形緩衝區中的寫入區塊後，將組包之後的交換數據幀放到寫入區塊中。ＨＣＵ根據當前週期號，確定在接收環形緩衝區中的讀出區塊後，從讀出區塊中獲取交換數據幀，然後對數據幀進行解包，並透過“ｃｙｃｌｅ”、“ｒｏｌｅ”、“ｆｌａｇ”、“ｓａｆｅｔｙ”、“ｃｒｃ”等資訊來驗證數據幀的唯一性和正確性，驗證數據幀的正確性。異常的數據幀被丟棄，正常的數據幀按照網絡數據幀進行組包，並透過網絡發送給軌旁設備或者車載控制器。同時ＨＣＵ根據當前週期號，確定在發送環形緩衝區中的測試區塊，利用內存檢測算法對測試區塊進行雙口ＲＡＭ內存區塊檢測。
１．４區塊角色輪換
雙口ＲＡＭ的發送與接收環形緩衝區的３個區塊，在任意一個週期都只能處於讀出、寫入、測試３種中的某一種角色，而且這３個角色進行週期輪換，區塊角色輪換表略———編者注。ＭＰＵ與ＨＣＵ透過雙口ＲＡＭ區塊角色進行數據交互的步驟略———編者注。ＭＰＵ與ＨＣＵ透過相同的外部時鐘中斷來驅動數據處理軟件模組的執行，ＭＰＵ與ＨＣＵ在對雙口ＲＡＭ進行訪問時可以做到同步、流水線作業。在同一個處理週期內，發送環形緩衝區或者接收環形緩衝區中任何一個區塊都有明確固定的角色，ＭＰＵ板和ＨＣＵ板不會同時訪問操作相同區塊，只有一個板卡對特定區塊進行訪問，從而解決了雙口ＲＡＭ的訪問衝突問題，不需要另外採取硬件仲裁、軟件仲裁或者信號量交互等手段。
１．５雙口ＲＡＭ檢測
應用在三取二安全計算機中雙口ＲＡＭ可能存在一些功能性缺陷。無論門級電子元件的製造缺陷，還是板卡電路級的設計錯誤，都可能導致雙口ＲＡＭ的存儲功能性故障，從而降低其功能完整性和可靠性。雙口ＲＡＭ存儲單元具有多種類型的故障略———編者注。實際項目應用中，開發人員需要關注雙口ＲＡＭ存儲功能的完整性和可靠性，可以透過存儲器檢測算法來對其進行檢測和診斷，能夠及時地發現和定位雙口ＲＡＭ的存儲功能故障，並及時採取相應的措施，避免因雙口ＲＡＭ存儲單元的數據錯誤導致的嚴重後果。本文采用硬件ＢＩＳＴ架構（ＨＢＩＳＴ），在硬件電路中設計專門的硬件邏輯部件來對內存進行測試，其圖形測試向量有專門的硬件電路模組生成，自動對內存的各種功能故障進行測試，硬件架構內建測試的內存故障測試覆蓋率高，而且測試速度快，設計選取的圖形測試向量主要用於覆蓋高層次的內存故障，如ＮＰＳＦ、ＣＦ、ＤＲＦ。ＨＢＩＳＴ利用Ｍａｒｃｈ－ＴＢ內存測試算法對系統的內存進行測試，使用硬件ＨＢＩＳＴ電路來生成圖形測試向量，並由硬件ＨＢＩＳＴ電路來進行測試，ＨＢＩＳＴ測試電路模型略———編者注。在硬件ＢＩＳＴ處於非工作狀態時，會拉低ＢＩＳＴ的時鐘信號，ＢＩＳＴ電路進入休眠狀態。當系統在夜間進入非繁忙狀態，會產生ＢＩＳＴ＿ＭＯＤＥ信號，來激活ＢＩＳＴ電路的ＢＩＳＴ模式控制器，並拉高時鐘信號，ＢＩＳＴ模式控制器發出控制信號，會接管對整個ＲＡＭ的訪問控制，並對ＲＡＭ開始進行測試。ＢＩＳＴ模式控制器控制測試向量產生器、地址與數據生成邏輯工作，產生相應的測試向量對ＲＡＭ進行測試。同時，並將測試結果在ＢＩＳＴ結果比較器中進行比較，如果發現異常，退出ＢＩＳＴ＿ＭＯＤＥ模式，通知ＭＰＵ測試異常，ＭＰＵ產生相應的告警和錯誤處理。ＨＢＩＳＴ在進行內存檢測時一共具有４種狀態：ｉｄｌｅ、ｔｅｓｔ、ｅｒｒｏｒ、ｗａｉｔ。ｉｄｌｅ表示處於等待測試數據進行測試的空閒狀態；ｔｅｓｔ表示獲得測試向量對相應內存單元進行測試；ｅｒｒｏｒ表示檢測到內存單元出錯；ｗａｉｔ表示處於休眠狀態，等待ＣＰＵ模組激活ＨＢＩＳＴ。ＨＢＩＳＴ狀態機的狀態轉移圖略———編者注。ＨＢＩＳＴ狀態機的ＶＨＤＬ程序略———編者注。在測試的過程中，透過植入內存故障，並用邏輯分析儀獲取出錯信號，硬件ＢＩＳＴ模組檢測內存出錯圖如圖３所示。圓圈裏面的測試結果與期望結果不一致，內存檢測出錯。
１．６數據交互軟硬件設計
雙口ＲＡＭ是雙端口ＳＲＡＭ芯片，本設計採用ＣＹ７Ｃ０２８Ｖ－１５ＡＸＩ，讀寫速度最高爲１５ｎｓ，數據容量爲６４Ｋ×１６位。雙口ＲＡＭ連接ＨＣＵ板的一端爲ＭＰＣ８２４７的ＬＯ－ＣＡＬＢＵＳ總線，連接ＭＰＵ板的一端爲ＣＰＣＩ總線橋接芯片的ＬＯＣＡＬＢＵＳ總線，ＨＣＵ可以直接透過ＬＯＣＡＬＢＵＳ總線訪問雙口ＲＡＭ，而ＭＰＵ板透過ＰＣＩ總線訪問，其中還有控制信號，如片選、讀寫、中斷、ＢＵＳＹ信號等。雙口ＲＡＭ交互電路圖略———編者注。在ＭＰＵ和ＨＣＵ中，透過設計的軟件模組，來完成雙口ＲＡＭ的訪問操作。雙口ＲＡＭ的ＭＰＵ上軟件交互關鍵代碼略———編者注。
２結語
分析了應用在軌道交通行業中的三取二安全計算機的雙口ＲＡＭ數據通信要求，並在實際的項目設備開發中，設計了基於角色輪換和自檢技術的數據通信方案，可以滿足三取二安全計算機數據通信的安全性、可靠性和實時性要求。