一种计算机冗余通信系统及安全计算机的制作方法

本技术涉及信息安全领域，具体涉及一种计算机冗余通信系统及安全计算机。

背景技术：

1、基于二取二安全冗余结构的安全计算机是一种在轨道交通领域中广泛应用的关键设备。该结构包含两个处理单元，它们并行工作并产生相同的输出。如果其中一个处理单元发生故障，另一个可以接管工作，从而保证系统的连续运行。对于轨道交通领域来说，任何由于计算机故障引起的服务中断都可能造成严重的安全事故和经济损失，基于二取二安全冗余设计方式极大地提高了轨道交通系统的可靠性和安全性。

2、在现有的二取二安全冗余结构实现方式中，控制器局域网can总线和全双工串行总线技术扮演了重要的角色。这些系统中的两个处理单元通过can总线或全双工串行总线进行数据的同步和通信。can总线是一种高可靠性、实时性强的网络通信技术，广泛应用于嵌入式系统中。在实现二取二安全冗余结构的过程中，每个处理单元都将其处理结果发送到can总线上，之后另一个处理单元读取这些数据并进行处理，即使其中一个处理单元发生故障，另一个也能担任其工作，保证了系统的可靠性。全双工串行总线则是一种允许数据在两个方向上同时传输的通信技术，通过全双工串行总线，两个处理单元能进行数据交换和同步，由于全双工技术能同时进行接收和发送操作，因此能更有效地利用总线带宽，提高了数据同步的效率。

3、然而，现有技术存在一些显著的缺点。首先，can总线或全双工串行总线的带宽相对较小，当有多个信息在同一时刻发送时，容易出现网络堵塞现象，降低了数据同步通信的效率，影响了整体的工作效率。其次，这些技术难以精确估计其延时特性，这可能影响到数据同步的准确性，从而降低系统的安全性能。最后，由于通信接口数量的限制，现有的安全计算机通常无法做到通用性，针对特定应用场景还需要重新进行设计，这无疑增大了开发成本。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本实用新型提供一种计算机冗余通信系统及安全计算机。

2、该计算机冗余通信系统包括：

3、第一cpu处理单元和第二cpu处理单元，每个cpu处理单元包括cpu、以太网第一交换模块、以太网第二交换模块、独立以太网端口以及若干个输出通信端口；

4、所述以太网第一交换模块，用于构建封闭式网络，作为两个cpu处理单元的通信通道；

5、所述以太网第二交换模块，用于构建开放式网络进行数据通信；

6、所述独立以太网端口，用于构建以太网数据传输网络，作为两个cpu处理单元的通信通道；

7、两个cpu单元之间采用双通道进行数据同步通信，且输出通信端口相同。

8、进一步的，所述两个cpu单元之间采用双通道进行数据同步通信，具体指：

9、每个cpu处理单元配置若干路以太网接口，其中一路独立以太网接口通过usb2.0转以太网，作为同步通信通道1；若干路以太网接口通过phy芯片接以太网第一交换模块；若干路以太网接口通过pcie总线接口扩展接以太网第二交换模块；

10、通过phy芯片接以太网第一交换模块构成的以太网为封闭式网络，进行安全数据的通信，作为同步通信通道2；通过pcie总线接口扩展接以太网第二交换模块的以太网称为开放式网络，与外界进行数据通信。

11、进一步的，所述第一cpu处理单元和所述第二cpu处理单元的以太网接口包括：使用phy芯片、交换机芯片、usb转以太网芯片以及pcie接口扩展方式实现。

12、进一步的，所述第一cpu处理单元和第二cpu处理单元的以太网接口之间相互电气隔离。

13、进一步的，所述第一cpu处理单元和所述第二cpu处理单元的输出通信端口相同，所述输出通信端口包括：rs485、rs422、rs232、can、canfd、usb2.0、以太网；

14、所述rs485、rs422、can、canfd和以太网通信端口与所述第一cpu处理单元或所述第二cpu处理单元通信通道设置电气隔离。

15、进一步的，两个cpu单元的cpu采用相同的处理器，为单核或者双核arm内核的任意一种处理器。

16、本实用新型还提供一种安全计算机，包括上述计算机冗余通信系统，该安全计算机还包括其它组成单元，所述其它组成单元包括：供电单元、存储单元、调试单元、安全电路单元、电压监控单元、复位单元、看门狗单元、温度监控单元、显示单元、地址识别单元、指示灯单元以及切系单元。

17、进一步的，所述第一cpu处理单元监控所述第二cpu处理单元的电压，所述第二cpu处理单元监控所述第一cpu处理单元的电压。

18、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

19、本实用新型实现了两个cpu处理单元之间的高速数据同步通信，有效提高了数据同步通信的效率，解决了网络堵塞的问题。同时，以太网的特性使得其延时特性可预测，从而提高了数据同步的准确性，提升了系统的安全性能。此外，本申请的输出通信端口多，具有更好的通用性，可以适应各种应用场景，无需重新设计，从而大大降低了开发成本。

技术特征：

1.一种计算机冗余通信系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种计算机冗余通信系统，其特征在于，所述两个cpu单元之间采用双通道进行数据同步通信，具体指：

3.根据权利要求2所述一种计算机冗余通信系统，其特征在于，所述第一cpu处理单元和所述第二cpu处理单元的以太网接口包括：使用phy芯片、交换机芯片、usb转以太网芯片以及pcie接口扩展方式实现。

4.根据权利要求3所述一种计算机冗余通信系统，其特征在于，所述第一cpu处理单元和第二cpu处理单元的以太网接口之间相互电气隔离。

5.根据权利要求1所述一种计算机冗余通信系统，其特征在于，所述第一cpu处理单元和所述第二cpu处理单元的输出通信端口相同，所述输出通信端口包括：rs485、rs422、rs232、can、canfd、usb2.0、以太网；

6.根据权利要求1所述一种计算机冗余通信系统，其特征在于，两个cpu单元的cpu采用相同的处理器，为单核或者双核arm内核的任意一种处理器。

7.一种安全计算机，包括如权利要求1-6任一项所述计算机冗余通信系统，其特征在于，该安全计算机还包括其它组成单元，所述其它组成单元包括：供电单元、存储单元、调试单元、安全电路单元、电压监控单元、复位单元、看门狗单元、温度监控单元、显示单元、地址识别单元、指示灯单元以及切系单元。

8.根据权利要求7所述一种安全计算机，其特征在于，所述第一cpu处理单元监控所述第二cpu处理单元的电压，所述第二cpu处理单元监控所述第一cpu处理单元的电压。

技术总结本技术涉及信息安全领域，具体涉及一种计算机冗余通信系统及安全计算机，该冗余通信系统包括第一CPU处理单元和第二CPU处理单元，它们之间构成二取二安全冗余结构，第一CPU处理单元和第二CPU处理单元输出通信端口相同，构成冗余设计，每个CPU包含两路以太网交换机单元以及一路独立以太网，以太网包括封闭式和开放式网络，两个CPU处理单元之间通过一路独立高速以太网进行数据同步通信或经过交换机产生的高速封闭式以太网进行数据同步通信，这种双通道同步通信进一步提高了两个CPU通道数据交换的安全性和可靠性。本技术提供的基于该冗余通信系统的安全计算机，通信输出端口多，具有普适性，适用但不限于联锁系统。技术研发人员：魏臻,孟凡卫,陆阳,胡庆新,徐伟,夏寒冰,朱平凯受保护的技术使用者：合肥工大高科信息科技股份有限公司技术研发日：20231026技术公布日：2024/7/29