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【6h】

基于FPGA的核电厂安全级仪控系统V&V技术研究

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摘要

随着国民经济的飞速发展以及能源结构的调整，核能无疑会具有更加光明的前景。但核能大发展的同时，技术装备的自主化也无疑会成为机遇和挑战并存的焦点。其中的数字化仪控系统，特别是安全级数字化仪控系统，正是我国自主化攻关任务中为数不多的堡垒之一。
　　目前核电厂安全级I&C系统中应用最广泛是基于微处理器技术(Central ProcessingUnit，CPU)的数字化控制产品。与CPU技术相比，现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，FPGA)技术的实现方式更像传统硬接线电路，因具有行为确定、结构简单、时间响应快、易于取得监管和取证等优点，在核电厂安全级I&C系统中的应用日益广泛。特别是新一代核电厂安全级I&C产品的研制，如美国、法国、加拿大、日本、东欧、韩国等核电发达国家，有些FPGA产品已在核电厂取得多项应用业绩。
　　在核电厂安全级I&C系统开发期间，不管是针对何种技术，必须要开展验证和确认(Verification and Validation，V&V)活动。V&V的概念最早出现在软件开发设计中，针对FPGA技术开展安全级I&C系统的V&V活动尚缺乏统一的体系和方法。因此，本文即在研究基于FPGA的核电厂I&C系统V&V技术，建立该技术的体系和方法，并通过实践加以证明研究结果的实用性和有效性。
　　首先，研究和建立V&V体系，必须要掌握V&V工作所需要的法规或标准。之所以要求V&V从业者的能力要等同或高于研发和应用工程师，是因为V&V工程师不仅要按照专业V&V标准（如IEEE1012等）开展工作，而且要熟知各类产品开发和工程应用标准（如审查工作要对应到某个标准的每个具体条款要求）、要熟练掌握测试方法并执行具体测试工作。因此，跟踪、梳理、研究、分析、掌握FPGA安全级I&C系统及其V&V活动所要遵循的适用标准无疑是最基础的工作。
　　其次，尽管本文所研究的课题是针对FPGA技术，但传统的V&V理念和体系、具体V&V活动开展期间所采用的测试手段或方法同样是成熟可借鉴的或普遍采用的，只是需要结合FPGA技术的特点有针对性地选取并构成完整的、有效的实施流程。本文所述V&V主要任务、工作流程或测试方法等正是考虑到了传统理念与FPGA技术特点的结合。
　　最后，某种程度上标准要求、V&V理念和体系、成熟的测试手段或方法等素材都是唾手可得的，但最终的成果和效果要通过具体的实践工作才能得以反映。本文所列案例已完成产品样机开发，正在进行安全取证工作，其中重要的V&V工作体系和执行程序已通过国际权威机构认证，尽管文中所列内容尚未细化到直接引用的程度，但已建立了比较清晰的项目实施构架。

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