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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit Mehrkernrechenleistung.
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Für zukünftige Architekturen von Zugsicherungseinrichtungen sollen hochwertige Sicherheitssysteme verwendet werden. Dabei sollen insbesondere Schnittstellengeräte wie digitale Input/Output-Geräte, Übertragungsgeräte wie beispielsweise Balisenantennen, Sensorikgeräte wie Wegimpulsgeber oder Radar sowie in der Fahrerkabine verwendete Bedien- und Anzeigeelemente als dezentrale Geräte ausgeführt werden.
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Dazu ist ferner vorgesehen, die dezentralen Geräte über ein Kommunikationsnetzwerk, insbesondere ein Onboard-Kommunikationsnetzwerk, an einen zentralen Rechner anzubinden. Dieser zentrale Rechner soll meist als ein performanter Mehrkernprozessor ausgeführt sein, damit ein hochwertiges Sicherheitssystem zur Anwendung kommen kann. Dabei sollte die Anzahl der Rechenkerne mehr als vier, insbesondere mindestens acht sein. Im Idealfall würden sechzehn Rechenkerne zur Verfügung gestellt werden beziehungsweise zur Anwendung kommen.
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Problematisch ist dabei jedoch, dass Mehrkernprozessoren mit acht, sechzehn oder mehr Rechenkernen für Anwendungen auf Schienenfahrzeugen bislang nicht verfügbar sind. Dies wird sich voraussichtlich in absehbarer Zeit, also in den nächsten fünf bis zehn Jahren, auch nicht ändern. Der Grund dafür liegt im Wesentlichen an den zu erfüllenden Umweltanforderungen. Bei der hohen Verlustleistung von Mehrkernprozessoren mit acht oder mehr Rechenkernen lässt sich die Wahrung eines Temperaturbereichs für die umgebende Luft mit der oberen Grenze von 70°C bzw. von 85°C für maximal zehn Minuten nicht realisieren. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Temperatur solcher Rechenkerne nicht über maximal 10 Minuten in einem Temperaturbereich von 70°C bzw. von 85°C gehalten werden.
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Die Wärmeabfuhr über freie Konvention an die umgebende Luft reicht zur Kühlung solcher Mehrkernprozessoren nicht aus. Eine aktive Kühlung durch Klimatisierung oder erzwungene Konvektion durch Lüfter ist aus Gründen der Verfügbarkeit für Sicherheitssysteme nicht akzeptabel.
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Bisher werden daher Mehrkernprozessoren mit mehr als vier Rechenkernen auf Schienenfahrzeugen nicht eingesetzt. Bei speziellen für Schienenfahrzeuge konzipierten CPU-Baugruppen mit zwei oder maximale vier Rechenkernen liegt die maximale Verlustleistung in einem Bereich, bei der über freie Konvektion der umgebenden Luft die Wärme abgeführt werden kann und somit die geforderten Umweltbedingungen beziehungsweise Umweltanforderungen eben noch eingehalten werden können.
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Die Aufgabe besteht somit darin, ein Schienenfahrzeug mit einer performanten Mehrkernrechenleistung zur Verfügung zu stellen und dennoch die erforderlichen Umweltanforderungen einzuhalten.
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Erfindungsgemäß wird ein Schienenfahrzeug zur Verfügung gestellt, welches eine Mehrzahl räumlich voneinander getrennter Mehrkernprozessoren mit jeweils mehreren Rechenkernen umfasst. Ferner umfasst das Schienenfahrzeug einen dezentralen Rechner, welcher von mindestens zwei unterschiedlichen Mehrkernprozessoren jeweils mindestens einen Rechenkern umfasst und für den Zugriff auf deren Rechenleistung ausgebildet ist, wobei die Mehrkernprozessoren über eine Kommunikationsverbindung miteinander verbunden sind.
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Ein dezentraler Rechner kann mit anderen Worten ausgedrückt als ein virtueller Zentralrechner bezeichnet werden, da er nicht im topologischen Sinne zentral ist aber als ein Zentralrechner fungieren kann. Mit noch anderen Worten ausgedrückt ist der dezentrale Rechner ein virtuelles Brain oder auch ein Server. Dieser dezentrale Rechner kann beispielsweise dezentrale Geräte steuern beziehungsweise kontrollieren. Mit räumlicher Trennung ist insbesondere umfasst, dass die Mehrkernprozessoren räumlich verteilt bzw. räumlich voneinander beabstandet angeordnet sind. Der dezentrale Rechner bildet durch die Kommunikationsverbindung unter den Mehrkernprozessoren eine gemeinsame Recheneinheit aus.
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Bevorzugt ist der dezentrale Rechner für den Zugriff auf die Rechenleistung der Rechenkerne ausgebildet, wenn die Rechenkerne dem dezentralen Rechner exklusiv oder aber auch nur anteilig zur Verfügung stehen.
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Ein derartig ausgerüstetes Schienenfahrzeug hat den Vorteil, dass durch die räumliche Trennung der Mehrkernprozessoren die im Rahmen des Betriebs der Mehrkernprozessoren entstehende Verlustleistung über das Schienenfahrzeug verteilt ist und somit die oben beschriebenen Umweltanforderungen durch die Verteilung der Verlustwärme eingehalten werden können, wobei dennoch ein performanter, also leistungsfähiger Rechner mit mehreren Rechenkernen und entsprechender Parallelisierungsfähigkeit zur Verfügung gestellt wird. Dadurch kann auf dem dezentralen Rechner beispielsweise ein hochwertiges Sicherheitssystem ausgeführt beziehungsweise angewendet werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann mit einem solchen dezentralen Rechner ein hochwertiges Sicherheitssystem des Schienenfahrzeugs realisiert beziehungsweise zur Verfügung gestellt werden. Weitere Vorteile gegenüber einem zentralen Mehrkernprozessor sind eine erhöhte Gesamtverfügbarkeit und ein besserer MTBF-Wert. Mit dem MTBF-Wert ist ein Maß für die Zuverlässigkeit angegeben, wobei MTBF für die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen steht. Ferner ergibt sich als weiterer Vorteil mit den räumlich verteilten Rechenkernen ein flexibles und skalierbares Redundanzkonzept. Insbesondere muss für eine Redundanz nicht ein kompletter zweiter mehrkerniger Zentralrechner vorgehalten werden.
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Bevorzugt umfasst der dezentrale Rechner eine Anzahl von mehr als vier, mindestens acht oder mindestens sechzehn Rechenkernen. Insbesondere für die Anwendung von Sicherheitssystemen sind viele Rechenkerne, insbesondere acht oder sechzehn Rechenkerne für den dezentralen Rechner erforderlich, was durch die vorliegende Verknüpfung von Rechenkernen verschiedener Mehrkernprozessoren gelingt. Zur Anwendung bestimmter Sicherheitssysteme von dem dezentralen Rechner sind beispielsweise acht oder auch sechzehn Rechenkerne erforderlich.
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Des Weiteren bevorzugt umfassen die Mehrkernprozessoren jeweils eine Anzahl von maximal vier Rechenkernen. Mehrkernprozessoren mit einer solchen Anzahl von Rechenkernen haben eine in Schienenfahrzeugen maximal zulässige Verlustleistung, bei der über freie Konvektion der Luft die Wärme abgeführt werden kann. Somit können solche Mehrkernprozessoren auf einem Schienenfahrzeug eingesetzt werden, wobei die Umweltanforderungen eingehalten werden. Darüber hinaus ist in modernen Schienenfahrzeugen der Einbauplatz für Komponenten, insbesondere für Rechnerkomponenten, und allgemein für große zentrale Geräte begrenzt. Es müssen kleine Ecken und Nischen zum Einbau genutzt werden, um möglichst viel Platz für Nutzlast, zum Beispiel für Fahrgäste des Schienenfahrzeuges, bereitstellen zu können. Durch eine wie zuvor beschriebene Verteilung der Mehrkernprozessoren ist es möglich, den speziellen Einbauanforderungen eines Schienenfahrzeugs gerecht zu werden und trotzdem die nötige hohe Rechenkapazität bereitzustellen.
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Vorzugsweise umfasst der dezentrale Rechner alle Rechenkerne aller Mehrkernprozessoren. Dadurch kann mit relativ geringem Einsatz von Hardware besonders effizient eine performante Rechenleistung für den dezentralen Rechner zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise reichen dann vier Mehrkernprozessoren mit jeweils vier Rechenkernen aus, um einen dezentralen Rechner mit sechzehn Rechenkernen zur Verfügung zu stellen.
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In einer besonderen Ausführungsform ist mindestens ein Mehrkernprozessor von einem dezentralen Gerät umfasst, wobei der dezentrale Rechner jeweils alle oder nur einen Teil der Rechenkerne dieses Mehrkernprozessors des dezentralen Geräts umfasst. Mit dezentralen Geräten sind beispielsweise Schnittstellengeräte gemeint, welche über Mehrkernprozessoren verfügen. Bevorzugt sind mehrere solcher dezentralen Geräte mit mindestens einem Mehrkernprozessor im Schienenfahrzeug zur Verfügung gestellt. Bevorzugt sind diese dezentralen Geräte über das Schienenfahrzeug räumlich verteilt. Insbesondere bevorzugt sind beispielsweise alle Rechenkerne von einem Mehrkernprozessor des dezentralen Geräts von dem dezentralen Rechner nutzbar, während von einem anderen dezentralen Gerät zum Beispiel nur ein Teil der vorhandenen Rechenkerne von dem dezentralen Rechner nutzbar sind. Bevorzugt jedoch wird dabei von allen dezentralen Geräten nur ein bestimmter Teil bzw. Anteil der Rechenkerne von dem dezentralen Rechner genutzt. Als Vorteil ergibt sich insbesondere, dass vorhandene, möglicherweise ungenutzte Rechenleistung von im Schienenfahrzeug integrierten dezentralen Geräten als Rechenleistung dem dezentralen Rechner zur Verfügung gestellt wird. Dies erhöht die Effizienz. Dadurch wird auch der hardwaretechnische Aufwand reduziert, da keine zusätzlichen Mehrkernprozessoren integriert werden müssen. Die dezentralen Geräte stellen dem dezentralen Rechner somit eine zusätzliche Rechenleistung zur Verfügung. Das Gesamtsystem ist dann entsprechend skalierbar. Bevorzugt bedeutet, dass ein Rechenkern durch den dezentralen Rechner nutzbar ist, dass der dezentrale Rechner auf die Rechenleistung dieses Rechenkerns zugreifen und für die Ausführung von vorbestimmten Rechenprogrammen beziehungsweise für die Ausführung sonstiger, vorbestimmter Rechenschritte verwenden kann.
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Vorzugsweise ist das dezentrale Gerät als ein digitales Input/Output-Gerät und/oder als ein Sensorikgerät und/oder als ein Bedien- und Anzeigeelement und/oder als ein Übertragungsgerät ausgebildet. Dies sind die bevorzugt auf einem Schienenfahrzeug zur Verfügung stehenden dezentralen Geräte.
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Bevorzugt ist der Mehrkernprozessor des dezentralen Geräts ein Mehrkernprozessor zur Kommunikation. Ein dezentrales Gerät kann typischerweise zwei Prozessoren beziehungsweise zwei Rechenkerne für spezifische Funktionen als Funktionsmodul des dezentralen Geräts und einen weiteren Prozessor beziehungsweise Rechenkern für die Kommunikation aufweisen. Letzterer ist dabei typischerweise als Mehrkernprozessor mit insbesondere vier Rechenkernen ausgebildet, wobei für die Kommunikation nicht alle Rechenkerne benötigt werden. Somit können beispielsweise zwei bis drei Rechenkerne des Mehrkernprozessors für eine Kommunikation dem dezentralen Rechner zur Verfügung gestellt werden.
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Bevorzugt sind die Mehrkernprozessoren des dezentralen Rechners untereinander mittels eines Kommunikationsnetzwerkes verbunden. Ferner bevorzugt sind die Mehrkernprozessoren des dezentralen Rechners untereinander mittels eines performanten Kommunikationsnetzwerkes verbunden. Vorzugsweise sind die Mehrkernprozessoren des dezentralen Rechners untereinander mittels Ethernet verbunden. Vorzugsweise sind die Mehrkernprozessoren des dezentralen Rechners untereinander über ein performantes Ethernet verbunden. Ferner bevorzugt findet hierbei mindestens ein sogenanntes Switch als Kopplungselement Anwendung. Als Switch - vom Englischen für Schalter, Umschalter oder Weiche - wird hierbei ein Kopplungselement bezeichnet, das Netzwerksegmente miteinander verbindet. Auf diese Weise kann eine effiziente Kommunikation zwischen den Mehrkernprozessoren erfolgen.
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Bevorzugt sind die Mehrkernprozessoren des dezentralen Rechners untereinander mittels Rechner-Rechner-Verbindungen verbunden. Hier können beispielsweise die Verbindungen in Meshed-Architektur realisiert werden, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Rechner-Rechner-Verbindungen ermöglichen einen effizienten Austausch von Daten zwischen den Mehrkernprozessoren.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug nach einer ersten Ausführungsform,
- 2 ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug nach einer zweiten Ausführungsform, und
- 3 ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug nach einer dritten Ausführungsform.
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In der 1 ist ein Schienenfahrzeug 1 nach einer ersten Ausführungsform gezeigt. Das Schienenfahrzeug 1 umfasst dabei eine Mehrzahl räumlich voneinander getrennter Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40. In der vorliegenden Ausführung sind rein beispielhaft vier Mehrkernprozessoren gezeigt 10, 20, 30, 40, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
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Jeder Mehrkernprozessor 10, 20, 30, 40 weist dabei jeweils mehrere Rechenkerne 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4 auf. In der vorliegenden Ausführung umfasst jeder Mehrkernprozessor 10, 20, 30, 40 rein beispielhaft vier Rechenkerne 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
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Ferner umfasst das Schienenfahrzeug 1 einen dezentralen Rechner 70, welcher von mindestens zwei unterschiedlichen Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40 jeweils mindestens einen Rechenkern 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4 umfasst und für den Zugriff auf deren Rechenleistung ausgebildet ist. Dabei sind die Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40 über eine Kommunikationsverbindung 80 miteinander verbunden.
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In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der dezentrale Rechner 70 rein beispielhaft jeweils vier Rechenkerne 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4 pro Mehrkernprozessor 10, 20, 30, 40 und weist somit rein beispielhaft sechzehn Rechenkerne auf.
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Das Schienenfahrzeug 1 hat den Vorteil, dass durch die räumliche Trennung der Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40 die Verlustleistung über das Schienenfahrzeug 1 verteilt ist. Dennoch wird ein performanter, d. h. leistungsfähiger, dezentraler Rechner 70 mit mehreren Rechenkernen, beispielsweise sechzehn Rechenkernen 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4 zur Verfügung gestellt. Dieser kann als virtueller Zentralrechner bzw. als virtuelles Brain eines Kommunikationsnetzwerks agieren. Beispielsweise kann dieser dezentrale Rechner 70 die Rolle eines Servers bzw. Hosts einnehmen und entsprechende Aufgaben an verteilte Prozessoren bzw. Rechner oder dezentrale Geräte vergeben. Insbesondere kann auf diesem dezentralen Rechner 70 ein hochwertiges Sicherheitssystem angewendet bzw. ausgeführt werden, welches hohe Rechenkapazitäten und/oder Parallelisierungsanforderungen von mehreren Rechenkernen wie beispielsweise von acht oder sechzehn oder von mehr Rechenkernen 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4 benötigt.
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Bevorzugt weist der dezentrale Rechner 70 eine Anzahl von mehr als vier, mindestens acht oder mindestens sechzehn Rechenkernen 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4 auf. In der vorliegenden beispielhaften Ausführung sind sechzehn Rechenkerne zu einem dezentralen Rechner 70 zusammengefasst.
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Die Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40 können dabei bevorzugt jeweils eine Anzahl von maximal vier Rechenkernen 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4 umfassen. Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40 mit einer solchen Anzahl von Rechenkernen 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4 haben eine maximale Verlustleistung, bei der über freie Konvektion der Luft die Wärme abgeführt werden kann. Somit können solche Mehrkernprozessoren unter Einhaltung von Umweltanforderungen gerade noch auf dem Schienenfahrzeug 1 eingesetzt werden.
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Bevorzugt kann der dezentrale Rechner 70 alle Rechenkerne 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4 aller Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40 umfassen. Vorteilhaft wird dabei bei vorgegebenem Hardwareeinsatz eine maximale Rechenleistung bzw. Rechenperformance für den dezentralen Rechner 70 breitgestellt. Beispielsweise werden in der vorliegenden Ausführung mittels lediglich vier Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40 dem dezentralen Rechner 70 sechzehn Rechenkerne 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4 zur Verfügung gestellt.
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In einer Ausführungsvariante sind die Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40 des dezentralen Rechners 70 untereinander mittels Ethernet verbunden. Dabei können beispielsweise Switches zum effizienten Datentransfer und zur Vermeidung von Datentransferkollisionen zum Einsatz kommen. In einer anderen Ausführungsform können die Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40 des dezentralen Rechners 70 untereinander mittels Rechner-Rechner-Verbindungen verbunden sein, wobei beispielsweise Meshed-Architektur Anwendung findet. Die Mehrkernprozessoren anderer Ausführungsbeispiele können aber auch über ganz andere Kommunikationsnetzwerte drahtlos oder drahtgebunden miteinander verbunden sein.
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Hier und auch in den folgenden Figuren wird lediglich aus Übersichtsgründen auf eine Darstellung von dem Fachmann bekannten entsprechenden Speicherstrukturen und weiteren Hardwarekomponenten verzichtet.
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In der 2 ist ein Schienenfahrzeug 1 nach einer zweiten Ausführungsform gezeigt. In dieser Ausführungsform ist mindestens ein Mehrkernprozessor 10, 20, 30, 40, 50, 60 von einem dezentralen Gerät 15, 25, 35, 45, 55, 65 umfasst. Der dezentrale Rechner 70 kann dabei jeweils alle oder nur einen Teil der Rechenkerne 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4; 50-1, ..., 50-4; 60-1, ..., 60-4 dieses Mehrkernprozessors 10, 20, 30, 40, 50, 60 des dezentralen Geräts 15, 25, 35, 45, 55, 65 umfassen.
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In der vorliegenden, konkretisierten Ausführungsform umfassen dabei rein beispielhaft alle dezentralen Geräte 15, 25, 35, 45, 55, 65 jeweils einen Mehrkernprozessor 10, 20, 30, 40, 50, 60. Rein beispielhaft sind dabei sechs dezentrale Geräte 15, 25, 35, 45, 55, 65 und entsprechend sechs Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40, 50, 60 vorgesehen, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist und auch andere Konstellationen von der Erfindung umfasst sind. Beispielsweise kann eine Mischung von in dezentralen Geräten 15, 25, 35, 45, 65 integrierten Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40, 50, 60 und separaten Mehrkernprozessoren bereitgestellt werden.
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Von dem dezentralen Rechner 70 sind ferner in dieser Ausführungsform stets nur ein Teil der Rechenkerne 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4; 50-1, ..., 50-4; 60-1, ..., 60-4 der Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40, 50, 60 umfasst. In dieser beispielhaften Ausführungsform sind von dem dezentralen Rechner 70 je Mehrkernprozessor 10, 20, 30, 40, 50, 60 zwei oder drei Rechenkerne 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4; 50-1, ..., 50-4; 60-1, ..., 60-4 umfasst, siehe dazu die als nicht-schraffierten Felder angezeigten Rechenkerne in der 2.
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Ganz konkret greift der dezentrale Rechner 70 beispielsweise auf drei Rechenkerne 10-1, 10-2, 10-3 des ersten Mehrkernprozessors 10 des ersten dezentralen Geräts 15 zu, auf zwei Rechenkerne 20-1, 20-2 des zweiten Mehrkernprozessors 20 des zweiten dezentralen Geräts 25 zu, auf drei Rechenkerne 30-1, 30-2, 30-3 des dritten Mehrkernprozessors 30 des dritten dezentralen Geräts 35 zu, auf drei Rechenkerne 40-1, 40-2, 40-3 des vierten Mehrkernprozessors 40 des vierten dezentralen Geräts 45 zu, auf zwei Rechenkerne 50-1, 50-2 des fünften Mehrkernprozessors 50 des fünften dezentralen Geräts 55 zu und auf drei Rechenkerne 60-1, 60-2, 60-3 des sechsten Mehrkernprozessors 60 des sechsten dezentralen Geräts 65 zu. Insgesamt ergibt sich somit auch in diesem Beispiel ein performanter dezentraler Rechner 70 mit sechzehn Rechenkernen. Die Erfindung ist dabei nicht auf eine derartige beispielhafte Aufteilung beschränkt.
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Alternativ können von einzelnen Mehrkernprozessoren oder von allen Mehrkernprozessoren jeweils alle Rechenkerne 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4; 50-1, ..., 50-4; 60-1, ..., 60-4 von dem dezentralen Rechner 70 umfasst sein.
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Analog zu 1 sind die Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40, 50, 60 über eine Kommunikationsverbindung 80 miteinander verbunden, also insbesondere über eine Ethernet-Verbindung oder über eine entsprechende Rechner-Rechner-Verbindung.
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Bei den dezentralen Geräten kann es sich vornehmlich um Schnittstellengeräte handeln. Konkreter ausgedrückt kann es sich bei den dezentralen Geräten jeweils um ein digitales Input/Output-Gerät, ein Sensorikgerät, ein Bedien- und Anzeigeelement oder ein Übertragungsgerät handeln, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Auch beispielsweise ein Radiokontrollsystem oder ein Fahrgastinformationssystem kann hierzu verwendet werden. Dezentrale Geräte sind dabei insbesondere Schnittstellengeräte.
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Dezentrale Geräte 15, 25, 35, 45, 55, 65 umfassen typischerweise mehrere Prozessoren beziehungsweise Rechenkerne. Beispielsweise können bestimmte Prozessoren beziehungsweise Rechenkerne für deren spezifische Funktion, auch vitale Funktionen genannt, des jeweiligen dezentralen Geräts 15, 25, 35, 45, 55, 65 verwendet werden. Ein weiterer Prozessor kann dabei typischerweise für die Kommunikation zuständig sein. Dieser Prozessor kann dabei bevorzugt als ein Mehrkernprozessor 10, 20, 30, 40, 50, 60 mit beispielsweise vier Rechenkernen ausgebildet sein, wobei typischerweise für die Kommunikation nur ein Rechenkern benötigt wird. Somit weist der Mehrkernprozessor 10, 20, 30, 40, 50, 60 zur Kommunikation ungenutzte Rechenkerne 10-1, ..., 10-4; 20-1, ..., 20-4; 30-1, ..., 30-4; 40-1, ..., 40-4; 50-1, ..., 50-4; 60-1, ..., 60-4 auf, auf welche der dezentrale Rechner 70 zum Erhalt beziehungsweise zur Erlangung von Rechenleistung zugreifen kann. Dabei wird die Funktionsweise des dezentralen Geräts 15, 25, 35, 45, 55, 65 nicht eingeschränkt, sondern es werden von dem dezentralen Rechner 70 lediglich freie bzw. ungenutzte Rechenkapazitäten des dezentralen Geräts 15, 25, 35, 45, 55, 65 genutzt. Vorteilhaft müssen in einem solchen verteilten System somit beispielsweise keine neuen Hardwarekomponenten wie Verdrahtungen und zusätzliche Rechenstrukturen bereitgestellt werden.
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In der 3 ist ein Schienenfahrzeug 1 nach einer dritten Ausführungsform gezeigt. Die Darstellung umfasst dabei Teile einer Zugsicherungseinrichtung. Insbesondere zeigt die 3 ein Schienenfahrzeug 1 mit einer Mehrzahl räumlich voneinander getrennter Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40, 50, 60, wobei rein beispielhaft und ohne Einschränkung der Erfindung sechs Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40, 50, 60 in dem Schienenfahrzeug 1 vorgesehen sind. Diese sind ferner in dieser Ausführungsform beispielhaft in über das Schienenfahrzeug 1 verteilten dezentralen Geräten 15, 25, 35, 45, 55, 65 integriert.
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Die dezentralen Geräte 15, 25, 35, 45, 55, 65 umfassen hierbei rein beispielhaft ein erstes Input/Output-Gerät 15 und ein zweites Input/Output Gerät 25, wobei letzteres beispielsweise redundant zum ersten Input/Output-Gerät 15 ausgebildet sein kann. Die beiden Input/Output-Geräte 15, 25, typischerweise digitale Input-Output-Geräte, können hierbei zur bidirektionalen Kommunikation mit einer Fahrerkabine 5 eingesetzt werden. Zum Beispiel können Steuersignale oder Warnsignale zur und von der Fahrerkabine 5 übermittelt werden.
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Ein drittes Input/Output-Gerät 35 kann beispielhaft dafür vorgesehen sein, mit einem Schienenfahrzeugsteuersystem 7 zu kommunizieren oder Informationen an ein Fahrgastinformationssystem 85 als ein weiteres Schnittstellengerät zu übermitteln. Beispielsweise kann durch das Schienenfahrzeugsteuersystem 7 eine ATO-Anwendung, d. h. eine automatische Schienenfahrzeugsteuerung mit automatischen Eingriffen in die Steuerung des Schienenfahrzeugs 1 auf Basis von übermittelten Daten erfolgen.
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Ein weiteres beispielhaftes dezentrales Gerät kann als Sensorikgerät 45 ausgeführt sein. Dies kann beispielsweise ein Wegimpulsgeber, ein Radar oder ein Geschwindigkeitsmesser sein, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Des Weiteren ist ein Übertragungsgerät 55 vorgesehen. Dies kann beispielsweise eine Balisenantenne oder eine Koppelspule oder einfach ein Sender bzw. Empfänger sein. Ferner ist rein beispielhaft ein Bedien- und Anzeigeelement 65 in der Fahrerkabine 5 vorgesehen.
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Jedes dieser dezentralen Geräte 15, 25, 35, 45, 55, 65 umfasst dabei in dieser Ausführungsform einen Mehrkernprozessor 10, 20, 30, 40, 50, 60 mit jeweils mehreren Rechenkernen, in dieser Ausführung beispielhaft jeweils vier, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Aus Übersichtsgründen ist auf eine Referenzierung der einzelnen Rechenkerne in dieser Figur verzichtet, wobei hierzu auf die schematische Darstellung in 2 verwiesen wird.
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Analog zu 2 ist ein dezentraler Rechner 70 vorgesehen, welcher Rechenkerne von unterschiedlichen Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40 umfasst und auf deren Rechenleistung zugreift. Insbesondere umfasst der dezentrale Rechner 70, wie beispielhaft in 2 ausgeführt, jeweils einen Teil der Rechenkerne je Mehrkernprozessor 10, 20, 30, 40, 50, 60.
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Insbesondere sind die verschiedenen dezentralen Geräte 15, 25, 35, 45, 55, 65 und damit auch die verschiedenen Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40, 50, 60 räumlich voneinander getrennt, insbesondere räumlich voneinander beabstandet beziehungsweise über das Schienenfahrzeug 1 räumlich verteilt.
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Vorteilhaft ergibt sich dadurch eine vorhandene hohe Rechenleistung mit vielfacher Parallelisierungsfähigkeit für den dezentralen Rechner 70, wobei dennoch durch Verteilung der Verlustleistung über das Schienenfahrzeug 1 die Umweltanforderungen eingehalten werden. Insbesondere können von dem dezentralen Rechner anforderungsstarke Sicherheitssysteme angewendet bzw. ausgeführt werden.
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Die Mehrkernprozessoren 10, 20, 30, 40, 50, 60 sind ferner über eine Kommunikationsverbindung 80 miteinander verbunden, welche als Ethernet oder alternativ als Rechner-Rechner-Verbindung ausgebildet sein können. In der vorliegenden Ausführung kann die Kommunikation beispielsweise über das Kommunikationsnetz, an das die dezentralen Geräte angebunden sind, an Board des Schienenfahrzeugs 1 erfolgen. Die Kommunikationsverbindung 80 kann hierbei redundant ausgebildet sein, siehe die vorliegende 3.
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Ferner ist in dem Schienenfahrzeug 1 rein beispielhaft ein Radiokontrollsystem 75 als ein weiteres Schnittstellengerät integriert. Auch hier kann, wenn in 3 auch nicht explizit eingezeichnet, ein entsprechender Mehrkernprozessor von dem dezentralen Rechner 70 genutzt werden. Genauer ausgedrückt können in diesem oder in anderen Ausführungsbeispielen viele Mehrkernprozessoren beziehungsweise Mehrkern-Rechner zum System gehören, also im Schienenfahrzeug vorgesehen sein, aber der dezentrale Rechner muss nicht in jedem Mehrkernprozessor beziehungsweise Mehrkern-Rechner einen Rechenkern nutzen. Es können also auch erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele realisiert werden, in welchen der dezentrale Rechner nur Rechenkerne von einigen, aber nicht von allen im Schienenfahrzeug vorhandenen Mehrkernprozessoren nutzt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
