火車是真正意義上最古老的機械交通方式。作為第一種不依賴人力或天氣的交通方式，火車改變了我們生活和商業(yè)方式。從第一批蒸汽機車開始穿行于世界各地到如今已有兩個世紀了，但火車依然處于技術(shù)、創(chuàng)新和安全發(fā)展的前沿。
地鐵和輕軌每天要運送上千萬的乘客。6,000 hp (4,500 瓦) 機車可以拖動相當(dāng)于100輛汽車的貨運列車，總噸位要大于一艘海軍驅(qū)逐艦。高速貨車，例如法國的高速列車郵政，時速可以達到250km，而像中國高鐵這樣的客運列車時速可到350 km/h。上海磁懸浮列車以430 km/h的驚人速度運行，而其最高可達時速為500 km！
這些列車必須依賴軟件控制系統(tǒng)來實現(xiàn)啟停、調(diào)整和保持速度，并在拐彎和受風(fēng)力影響時保持平衡，確保沿著軌道行駛。總之，軟件控制系統(tǒng)就是用以保證乘客和貨物的安全。

火車擁有悠久的安全傳統(tǒng)和在安全方面的創(chuàng)新，因而它依然是最安全的交通方式之一。

二十年前，歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會的EN 50126、EN 50128 和 EN 50129 成為首批從寬泛的IEC61508中衍生出的細分行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這并非偶然。而IEC61508則是電氣/電子/可編程電子安全系統(tǒng)的功能安全標(biāo)準(zhǔn)。鐵路從業(yè)者不僅清楚安全的重要性以及安全運行鐵路系統(tǒng)的條件，而且在200年間立足于技術(shù)創(chuàng)新的前沿，尋求在功能、效率和安全之間實現(xiàn)最佳的且可行的平衡。
當(dāng)今的列車包含了眾多嵌入式軟件系統(tǒng)以實現(xiàn)眾多功能，從調(diào)整每一個機車車軸上的扭矩和滑移，到通信信號收發(fā)和駕駛室儀表操作等等。列車不僅僅是機車和車廂；還包括了龐大的軌道網(wǎng)絡(luò)、交叉點、車站、調(diào)車場等等。所有這些都必須工作到位，才能保證列車準(zhǔn)時準(zhǔn)點且安全地運行。
QNX和鐵路
實時操作系統(tǒng)（RTOS）幾乎是每個安全軟件系統(tǒng)的核心所在，而QNX在這一領(lǐng)域積累了三十多年的經(jīng)驗— 在軟件領(lǐng)域中，其時間之長堪比火被發(fā)現(xiàn)至今的歷史— 而QNX系統(tǒng)對列車安全和效率的支持幾乎也有同樣長的歷史。
歐洲隧道列車模擬裝置
要在商業(yè)上有可行性，連接英格蘭和歐洲大陸的歐洲隧道就需要實現(xiàn)1200次列車的通過率。而問題是，在1994年歐洲隧道開通前，能夠駕馭一輛通過50km海底隧道且時速達160 km列車的工程師非常少。
在隧道開通前，負責(zé)培訓(xùn)第一批英吉利海峽隧道列車司機的法國公司EBIM也為歐洲之星、C92和LeShuttle列車提供了基于QNX技術(shù)的模擬裝置。這是全球首批具備完整駕駛室環(huán)境的動態(tài)鐵路模擬裝置，針對巴黎-倫敦-布魯塞爾這一完整線路提供三軸移動、完整聲效和車站間電腦成像。
GE Evolution系列機車
GE Evolution系列機車賦予了柴油機車新的含義。這些龐然大物能產(chǎn)生4,400 hp（3,300瓦）的馬力，其中每個軸上的1,000 hp 逆變器可以調(diào)整扭矩和滑移，而它們要用至少20個基于QNX平臺的奔騰系統(tǒng)來維持機車運行、沿軌行駛和節(jié)能高效。這些系統(tǒng)要衡量和檢測的參數(shù)多達5,000個，而數(shù)據(jù)延遲根據(jù)每單一功能的需求，從幾十微秒到幾十秒不等。
GE Evolution系列機車原本是在美國設(shè)計制造的，而如今它們馳騁于五大洲來運送貨物。2009年，哈薩克斯坦國家鐵路獲得第3,000臺該系列機車，而在中國，6,000 hp (4,500 瓦)定制款GE Evolution系列機車不久將運行，同當(dāng)前用于中國主艦隊的引擎相比，它們可以多產(chǎn)生75%的動力，而排放的氧化亞氮（NOx）要減少28%。

Xworks 列車通信系統(tǒng)
ONTRACK是一個負責(zé)新西蘭鐵路網(wǎng)的政府組織，通過運行一個覆蓋全國的無線電系統(tǒng)，來支持列車安全運行，協(xié)助軌道工人的工作。ONTRACK最近已升級系統(tǒng),包括了148個頂峰和隧道特高頻中繼器，從而來使用Xwork通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了用于列車頂峰通信的特高頻模擬無線電，以及在QNX Neutrino實時操作系統(tǒng)上運行的RoIP網(wǎng)。
四頻道的RoIP裝置也被稱為ORC，Xworks系統(tǒng)增強了對移動數(shù)據(jù)的可靠性、靈活性和支持。它在傳統(tǒng)的VHF/UHF無線電網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)間搭起橋梁。操作者可以在新西蘭國家列車控制中心遠程管理和控制這一全集成、低帶寬且廠商中立的RoIP解決方案。

技術(shù)領(lǐng)先

顯然，200年中一切都已改變。蒸汽讓位于柴油和電力。通信員和他們的標(biāo)志物以被現(xiàn)代技術(shù)補充和取代，例如列車自動保護裝置（ATP）和精確列車控制（PTC）等。在這兩個世紀中，自Salamanca在英格蘭運行起，鐵路運營通過技術(shù)創(chuàng)新獲得了成功。從機車設(shè)計到軌道鋼材，所有一切都發(fā)揮著作用，直到今天依然如此。


獨特的QNX微內(nèi)核實時操作系統(tǒng)架構(gòu)可以防止一個零部件的故障對其他程序或內(nèi)核產(chǎn)生破壞作用這種情況的發(fā)生。該實時操作系統(tǒng)可以自動進入安全狀態(tài)，或重啟任一故障零部件。

對領(lǐng)先技術(shù)的這一需求在控制列車和軌道網(wǎng)絡(luò)的軟件要求中漸漸顯現(xiàn)。總之，由于操作系統(tǒng)是所有軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新和整體成功有賴于操作系統(tǒng)。無論是用來管理機車發(fā)動機和油耗，保證安全車間距，還是收發(fā)信號進行通信，管理復(fù)雜駕駛室系統(tǒng)，從可靠性出發(fā)，這些操作系統(tǒng)就必須始終滿足一系列的關(guān)鍵要求。
實時可靠性

安全的軟件系統(tǒng)也是可靠的軟件系統(tǒng)：它可以同時滿足可得性和可靠性的相關(guān)要求。它必須在要求反應(yīng)時有所反應(yīng)（可用性），并且其反應(yīng)必須是準(zhǔn)確的（可靠性）。

例如，控制列車制動器的軟件系統(tǒng)必須在所需之時可行— 反應(yīng)延遲可能會引發(fā)事故，同時它必須可靠：必須恰到好處地應(yīng)用制動器— 制動太弱可能會引起碰撞，而制動過強可能會損壞列車，致使乘客受傷或引發(fā)脫軌事故。簡言之，不準(zhǔn)確的反應(yīng)時間或不恰當(dāng)?shù)幕?/font>應(yīng)都可能導(dǎo)致悲劇發(fā)生。這種可得性和可靠性的實現(xiàn)需要實時的性能。因此，適用于這些系統(tǒng)的唯一選擇便是實時操作系統(tǒng)（RTOS），它可以滿足可靠性和可用性的不同需求。

認證和國際市場
全球的鐵路逐漸轉(zhuǎn)向列車自動保護裝置（ATP）和精確列車控制（PTC）等相似系統(tǒng)以確保安全性。北美、歐洲和其他地方的政府也開始要求這些系統(tǒng)通過EN 5012x 和 IEC 61508等標(biāo)準(zhǔn)的認證。
認證過程漫長、辛苦且昂貴，但是它至關(guān)重要。即便有些地方并非法律有所規(guī)定，這些認證也能提供顯著的競爭優(yōu)勢，這是因為它們是明確的第三方證詞，來證明該系統(tǒng)符合相關(guān)的安全要求。
例如，開始采用一個通過IEC61508 安全完整性三級認證（SIL3）的實時操作系統(tǒng)，并且合作的供應(yīng)商了解該認證的流程— 從管理開發(fā)環(huán)境到驗證可靠性— 可以大大減少成本，降低安全軟件系統(tǒng)開發(fā)過程中固有的風(fēng)險。
QNX安全內(nèi)核
QNX® Neutrino® 實時操作系統(tǒng)安全內(nèi)核已通過IEC 61508 SIL3認證。在其提供的認證平臺上，應(yīng)用程序開發(fā)者可以運行相關(guān)系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)必須滿足最嚴格的功能安全要求。
開發(fā)工具

出色的開發(fā)工具能夠增加軟件開發(fā)項目的關(guān)鍵優(yōu)勢：它們可以幫助開發(fā)者深入了解系統(tǒng)并調(diào)整其性能，減少開發(fā)、調(diào)試和驗證的時間和精力。這不僅能轉(zhuǎn)化為更有效率、更安全的系統(tǒng)，而且能極大節(jié)省用于開發(fā)、審批和認證的時間和費用。

性能、連接性和人機界面
實時操作系統(tǒng)在控制列車的軟件系統(tǒng)內(nèi)，它必須極其迅速且可被預(yù)見。它也必須提供中間件設(shè)施，用以支持列車不同零部件之間，以及與列車系統(tǒng)信號系統(tǒng)的無縫通信。最后，只要鐵路系統(tǒng)中有人工操作員的存在，那么操作系統(tǒng)必須支持人機界面（HMI），這些界面易于使用、明確且直觀。
QNX Neutrino 實時操作系統(tǒng)
QNX Neutrino 實時操作系統(tǒng)每月在單核和多核系統(tǒng)上的運行時間數(shù)以千萬計，是用于嵌入式計算的首屈一指的實時操作系統(tǒng)。它應(yīng)該是所有鐵路安全關(guān)鍵型軟件系統(tǒng)的重要組成部分。
分享到

aming

相關(guān)推薦