МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Изобретение относится к области микропроцессорных информационно-управляющих систем (МПИУС) подвижного состава (ПС).
Известна микропроцессорная система управления и диагностики электровозов с коллекторным тяговым приводом (Бадьян И. Аппаратура микропроцессорной системы управления и диагностики электровоза.// Современные технологии автоматизации. - 2000. - №4. - С.48-52.), состоящая из трех микроконтроллеров - центрального и двух технологических, а также двух блоков индикации на пультах машиниста, связанных информационными магистралями на основе последовательного интерфейса и выполненных на основе IBM-совместимых одноплатных промышленных микроконтроллеров и набора периферийных модулей (аналого-цифрового преобразования, дискретного ввода-вывода, таймеров и др.) в формате MicroPC.
Недостатком этой системы является отсутствие механизмов защиты программного обеспечения от несанкционированного доступа с целью копирования, распространения и использования.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является универсальный контроллер микропроцессорных систем управления электроприводом подвижного состава (Машинец О.Г., Микуляк С.П. Универсальный контроллер микропроцессорных систем управления электроприводом электроподвижного состава.// Новые технологии управления движением технических объектов: Материалы 5-й между нар. науч.-техн.конф. - Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2002. - Т.2. - С.7-9.), предназначенный для решения задач управления электроприводом и организации бортовой локальной вычислительной сети, содержащий
микроконтроллер, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, программируемую логическую интегральную схему, соединенные с внешней шиной микроконтроллера, драйвер интерфейса для подключения к отладочной ЭВМ, подключенный к первому порту ввода-вывода микроконтроллера, драйвер сетевого интерфейса для организации бортовой локальной вычислительной сети, подключенный ко второму порту ввода-вывода микроконтроллера, системную информационную магистраль (СИМ), соединенную с третьим портом ввода-вывода микроконтроллера, контроллер последовательных каналов связи, контроллер индикации, перезаписываемое постоянное запоминающее устройство, блок аналого-цифрового преобразования (АЦП), первыми портами ввода-вывода соединенные с СИМ, драйверы последовательных каналов связи, входы-выходы которых соединены со вторым и третьим портами ввода-вывода контроллера последовательных каналов связи, блок индикации, вход которого соединен со вторым портом ввода-вывода контроллера индикации.
Указанное устройство имеет ряд существенных недостатков. Во-первых оно обладает ограниченным набором функциональных блоков для реализации функций управления подвижным составом. Во-вторых в нем отсутствуют средства защиты программного обеспечения. Задачей изобретения является преодоление выявленных недостатков для создания полнофункциональной системы управления подвижного состава с защитой программного обеспечения.
Поставленная задача решается тем, что в известное устройство, содержащее микроконтроллер, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, программируемую логическую интегральную схему, драйвер интерфейса для подключения к отладочной ЭВМ, драйвер сетевого интерфейса для организации бортовой локальной вычислительной сети, системную информационную магистраль, контроллер последовательных каналов связи, контроллер индикации, перезаписываемое
постоянное запоминающее устройство, блок аналого-цифрового преобразования, драйверы последовательных каналов связи, блок индикации, введены блок обработки сигналов от бортовых источников информации, выходы которого соединены со вторым портом ввода-вывода блока АЦП, блок дискретного ввода-вывода, первый порт ввода-вывода которого соединен с СИМ, второй порт ввода-вывода - с цепями управления релейно-контакторной аппаратурой подвижного состава, контроллер машиниста с пультом управления, входы-выходы которого соединены с третьим портом ввода-вывода блока дискретного ввода-вывода, блок распределителей-формирователей управляющих сигналов, соединенный с четвертым портом ввода-вывода микроконтроллера, введен блок защиты (БЗ), включающий процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство для хранения программ, запоминающее устройство для хранения наборов служебных данных, интерфейсный модуль, внутреннюю шину. С помощью интерфейсного модуля блок защиты подключают к СИМ, а выход процессора соединяют со входом блокировки блока распределителей-формирователей. Блок защиты выполняют в одной, физически защищенной от несанкционированного доступа среде, например, в виде однокристального микроконтроллера или программируемой логической интегральной схемы.
Предлагаемое устройство является полнофункциональной информационно-управляющей системой с защитой программного обеспечения.
На фигуре показана функциональная схема предлагаемого устройства. Микропроцессорная информационно-управляющая система подвижного состава железных дорог содержит микроконтроллер 1, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 2, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 3, программируемую логическую интегральную схему 4, соединенные с внешней шиной 5 микроконтроллера 1, драйвер интерфейса 6 для подключения к отладочной ЭВМ, подключенный к первому порту ввода-вывода
микроконтроллера 1, драйвер сетевого интерфейса 7 для организации бортовой локальной вычислительной сети, подключенный ко второму порту ввода-вывода микроконтроллера 1, системную информационную магистраль 8, соединенную с третьим портом ввода-вывода микроконтроллера 1, контроллер последовательных каналов связи 9, контроллер индикации 10, перезаписываемое постоянное запоминающее устройство 11, блок аналого-цифрового преобразования 12, первыми портами ввода-вывода соединенные с СИМ 8, драйверы последовательных каналов связи 13 и 14, входы-выходы которых соединены со вторым и третьим портами ввода-вывода контроллера последовательных каналов связи 9, блок индикации 15, вход которого соединен со вторым портом ввода-вывода контроллера индикации 10, блок обработки сигналов 16 от бортовых источников информации, выходы которого соединены со вторым портом ввода-вывода блока АЦП 12, блок дискретного ввода-вывода 17, первый порт ввода-вывода которого соединен с СИМ 8, второй порт ввода-вывода - с цепями управления релейно-контакторной аппаратурой подвижного состава 18, контроллер машиниста с пультом управления 19, входы-выходы которого соединены с третьим портом ввода-вывода блока дискретного ввода-вывода 17, блок распределителей-формирователей управляющих сигналов 20, соединенный с четвертым портом ввода-вывода микроконтроллера 1, блок защиты 21, включающий процессор 22, оперативное запоминающее устройство 23, постоянное запоминающее устройство для хранения программ 24, запоминающее устройство для хранения наборов служебных данных 25, интерфейсный модуль 26, внутреннюю шину 27. С помощью интерфейсного модуля 26 блок защиты 21 подключают к СИМ 8, а выход процессора 22 соединяют со входом блокировки блока распределителей-формирователей 20.
Устройство работает следующим образом.
Ввод заданий с пульта машиниста 19 в микроконтроллер 1 осуществляет блок дискретного ввода-вывода 17, он же по команде
микроконтроллера 1 управляет сигнализацией пульта машиниста 19 и цепями управления релейно-контакторной аппаратуры подвижного состава 18.
Сигналы от бортовых источников информации поступают на блок входных сигналов 16, который обеспечивает их фильтрацию и предварительную обработку, после чего подаются на входы блока аналого-цифрового преобразования 12, откуда они в цифровом виде с помощью СИМ 8 вводятся в микроконтроллер 1.
Микроконтроллер 1 на основании полученной информации по алгоритму, определяемому программным обеспечением занесенном в ПЗУ 3, рассчитывает управляющее воздействие, которое с помощью блока распределителей-формирователей 20 подается на силовые преобразователи подвижного состава.
Для обеспечения функций защиты программного обеспечения первоначально (например, при сдаче системы в эксплуатацию) из программного обеспечения блока микроконтроллера 1, записываемого в ПЗУ 3 изымают набор данных, необходимый для нормальной работы устройства и записывают его в запоминающее устройство 25 блока защиты 21.
При включении питания устройство переходит в режим защиты, предполагающий выполнение процедуры взаимной аутентификации между блоком микроконтроллера 1 и устройством защиты 21 ив случае ее положительного завершения процессор 22 считывает из запоминающего устройства 25 изъятый ранее набор данных в ОЗУ 23, шифрует его с помощью динамического ключа К, определяемого в процессе процедуры взаимной аутентификации и с помощью блока интерфейса 26 посылает его на системную информационную магистраль 8, откуда считывается микроконтроллером 1 в ОЗУ 2 и расшифровывается. В результате программа, размещенная в ПЗУ 3, получает доступ к набору данных в ОЗУ 2, что обеспечивает ее работоспособность.
Процессор 22 снимает сигнал блокировки блока распределителя-формирователя 20, после чего устройство переходит в основной режим работы, предполагающий реализацию алгоритма управления тяговым электроприводом и вспомогательным оборудованием подвижного состава под управлением восстановленного в режиме защиты программного обеспечения.
В случае невыполнения процедуры взаимной аутентификации устройство не работает или выполняет ограниченный набор функций.
Таким образом, введение в состав заявляемой системы устройства защиты позволяет решить проблему защиты программного обеспечения МПИУС от несанкционированного копирования, использования и распространения. Техническим результатом является невозможность использования программного обеспечения МПИУС без наличия в системе устройства защиты, что обеспечивает соблюдение прав интеллектуальной собственности. При этом предлагаемое устройство представляет собой полнофункциональную информационно-управляющую систему подвижного состава железных дорог.