基于SCADEATP安全软件开发过程研究.docVIP

基于SCADE的ATP安全软件开发过程研究 李国龙 上海交通大学，软件学院 摘要：列车自动防护系统（ATP）是轨道交通领域一个安全关键的应用系统，它是典型的嵌入式实时系统。在安全领域，计算机软件的安全开发是个难题，使用传统的软件开发方法有效的满足安全软件的开发。本文介绍基于SCADE工具进行ATP系统的软件开发过程，它使用模型化的方法从系统需求到最后代码验证，为软件的安全认证的各个阶段的提供了解决方案和实施工具，实现了开发过程的自动化和过程省略，大大提高了安全软件开发的效率和安全性。 关键词：模型化开发 ATP SCADE 过程自动化 过程省略 【Abstract】Automatic train protection (ATP) system is a safety critical application for railway signaling with high logic complexity, and it is typically embedded and real-time system. As the computational complexity of ATP system, traditional software development method cannot accommodate effectively. In this paper, we propose a novel Model-Based Development (MBD) scheme for ATP system and introduces SCADE, a popular development environment for embedded software, with detailed information how it attains process automation and process elimination. Some successful applications of SCADE are also mentioned in the paper. 【Key Words】Model-Based Development, ATP,SCADE, Process automation, Process elimination 1. 介绍 如今，快捷的轨道交通为人们的出行带来了便利，特别是一些新开通的线路中列车的运行间隔可以达到90s，使轨道交通的运输效率大大提高。这些都得益于先进的CBTC信号系统在轨道交通中的运用，特别是列车自动防护系统（ATP）的运用。列车自动防护系统是基于计算机的嵌入式实时系统，它能控制列车间隔，防止列车相撞。因此ATP系统属于安全关键系统，软件部分根据EN50128的要求其安全完整度的等级需要达到SIL4的标准。SIL4的标准对软件的开发过程和软件开发使用的技术要求极为苛刻，目前世界范围内很少方法能满足这些标准，即使能实现带来的代价是昂贵的成本，超长的开发时间时间。因此，往往是在航空航天，军事等领域才可以能使用这些技术。 如今，SCADE工具的不断完善，为我们开发符合SIL4标准的软件提供了捷径。 SCADE工具使用模型化的方法从系统需求到最后代码验证，为软件的安全认证的各个阶段的提供了解决方案和实施工具，实现了开发过程的自动化和过程省略，大大提高了安全软件开发的效率和安全性。 本文将介绍如何基于SCADE工具进行ATP系统的软件开发，我们发现SCADE工具的使用将有效的预防软件开发中的潜在风险、提高系统安全性能、质量，并降低开发成本缩短开发周期。本文的工作对于其他高安全性系统的软件开发提供了一个很好的参考和依据。 论文的结构如下：第二部分给出ATP系统的背景介绍；第三部分描述使用SCADE开发ATP软件的过程；第四部分概要说明使用SCADE进行模型开发的实际应用情况。第五部分阐述结论。 2. 列车自动防护系统 列车自动防护系统是保障城市轨道交通安全、高效运营的关键系统，它具有保证行车安全，提高运输能力，实现及时的、迅速的、准确的行车指挥以及提高服务质量和实现运输管理现代化等重要作用。 2.1．ATP系统的原理 高效、节能是轨道交通运输发展，旧的信号控制不能很好地适应新。确保， 图1 传统ATP系统对列车运行的安全防护示意图 CBTC模式下的ATP系统突破了传统系统的限制，它更高效的利用轨道线路，提供了连续的列车间隔控制和超速防护功能。如图2示： 图2 传统ATP系统对列车运行的安全防护示意图 如图3示，ATP系统由两部分组成：轨旁ATP设备和车载ATP设备。 图 3 ATP系统示意图 轨旁ATP设备是整个系统的核心，所有轨旁列车保护的逻辑功能都是在轨