[發明專利]基于互關總線的嵌入式異構CPU陣列系統

無效

• 申請號: 200910074963.5
• 申請日: 2009-07-24
• 公開（公告）號: CN101599055A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 滿夢華;巨政權;褚杰;周永學;原亮
• 申請（專利權）人: 原亮
• 主分類號: G06F15/163
• 分類號: G06F15/163;G06F13/38;G06F13/40;G06F11/16
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司
• 代理人: 胡 澎

技術領域

本發明涉及一種計算機系統，具體地說是一種基于互關總線的嵌入式異構CPU陣列系統。

背景技術

隨著嵌入式系統應用的日益廣泛和不斷深入，控制環節在整個被嵌入的設備中發揮著越來越重要的作用。作為控制器核心的集成電路，現已獲得突飛猛進的發展。電路集成度的提高，導致其對各種電磁能量越來越敏感。隨著各種電磁輻射體如雷達、通信設備、導航設備等輻射源的功率的不斷加大和頻譜的增寬，再加上系統自身存在的電磁輻射和靜電等問題，使得許多類型的控制系統在其有限的空間范圍內面臨著更加復雜和惡劣的電磁環境。高度電子化的設備在如此環境下，其工作效果自然會受到很大影響。情況較為嚴重時，甚至連其生存能力都會受到一定的威脅。

一般而言，電路集成度越高，電磁效應則越為明顯；承擔的任務越復雜，各類干擾造成的后果就越嚴重。在惡劣的電磁環境下，嵌入式系統的抗干擾、抗毀傷能力，主要就體現在集成電路芯片的抗干擾、抗毀傷能力上。而且，集成電路本身對于應用環境中的電磁干擾的抵抗能力也是較差的。

集成電路通常的抗擾措施就是加強屏蔽和改善電路布線結構等，以盡量減少外部電磁環境對其內部電路的影響。但隨著電磁干擾規模的不斷擴大，形式越發復雜，許多傳統且行之有效的電磁防護措施和抗擾手段會受到許多限制，常常難以奏效。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于互關總線的嵌入式異構CPU陣列系統，以解決集成電路抗擾和電磁防護措施受限的問題，從而使整個系統能夠滿足在不同層面上的多種安全運行要求，系統的安全性和可靠性得到提高。

本發明是這樣實現的：一種基于互關總線的嵌入式異構CPU陣列系統，該系統包括有若干冗余子系統，所有冗余子系統均經互關總線相互連接，形成陣列結構；

所述冗余子系統是由一個CPU配接獨立的Flash外存模塊F、本地高速內存模塊M、全局信息存儲模塊T和外設I/O接口模塊；

各冗余子系統中所用CPU的類型或物理指標互不相同；

所述互關總線為34線制總線結構，包括有32條數據線DATA、1條時鐘線CLK和1條功能信號線FUN，具有完整傳輸協議；

所有冗余子系統的CPU將其34個通用端口通過“邏輯與”方式與34線制的所述互關總線相連接，每個連接到所述互關總線的器件都具有唯一的識別標記和優先級；

在系統中有一個冗余子系統配置成為校驗模塊，系統的最終輸出為經過校驗的多數結果。

本發明所述冗余子系統按照多主機方式分別運行獨立的操作系統。

本發明所述冗余子系統配置成為一主多輔的方式，運行在同一個操作系統之下。

本發明所述互關總線的時鐘線CLK的時鐘采用動態獲取和主傳主發模式，供多主機控制，具有優先級可編程、單一的數據字校驗、時鐘校驗、沖突檢測和仲裁機制。

本發明所述冗余子系統的優先級是動態可變的，既可以是同級別的，也可以是不同級別的。所有冗余子系統均在互關總線聯接下經編程的方式對數據傳輸的優先級予以選擇，即用戶程序可以通過編程方式進行各個CPU數據傳輸優先級的確定。

本發明的實質就是實現了一種建立在互關總線基礎上的、由多個異構CPU所組成的陣列結構及系統，這種異構CPU陣列系統可按照嵌入式計算機方式運行。

本發明異構CPU陣列中的冗余子系統可以使用同一個操作系統，或將同一操作系統分別使用在獨立運行的CPU中，即并行運行同一類型的操作系統。此外，這種異構CPU陣列還可以按照多主機方式分別運行不同的操作系統。當然，本發明異構CPU陣列所有冗余子系統最終在應用層面是運行同樣的應用程序。

由于CPU的類型不同，其邏輯電路的實現方式、工作模式、指令集、軟件環境以及編程方式等也就均有不同。正是由于各種異構CPU在原理設計(CISC和RISC，哈佛結構和馮·諾依曼結構等)、實現方式(ASIC和FPGA等)和半導體材質(CMOS和雙極型等)上存在較大的差異性，使其對于不同類型工作環境(例如復雜電磁環境)干擾的耐受程度也有所不同。因此，在一個特定的惡劣工作環境中，只要不是全局性的毀損，只要陣列中有一個CPU還在運行，就能得到運行結果。

由于這種方式構成的計算機系統依靠內部的各CPU模塊能夠建立一種“平行”運行的模式，相互校驗并進行錯誤檢測和制約，因此，整體表現為一個高度可靠的工作系統，成為控制系統在電磁干擾等惡劣環境下所采取的一個有效防護手段。