[發明專利]基于解析冗余機制的雙CPU冗余控制系統

有效

• 申請號: 201010251448.2
• 申請日: 2010-08-10
• 公開（公告）號: CN101916218A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 相征;徐連軍;單曉明;李亞鵬
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F11/16
• 分類號: G06F11/16
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于電子電路領域，涉及雙CPU冗余控制系統，該系統用于工業實時監控領域。

背景技術

冗余控制系統就是增加備用關鍵設備，一旦工作系統發生故障，控制系統以最快速度啟動備用設備，從而維持系統的正常工作。在工業控制領域，CPU模塊是控制系統的核心，為了提高系統的可靠性，常采用雙CPU冗余控制系統。

目前的雙CPU冗余控制系統多采用“冷備份”或“熱備份”冗余策略。所謂“冷備份”冗余策略就是在系統設計時，多配置一套CPU模塊作為備份，一旦正在運行的CPU模塊出現故障時，能及時更換，這種冗余方案中備份的CPU模塊并沒有安裝在控制設備上，其弊端在于一旦出現故障系統必須停止工作一段時間以便更換備用CPU模塊；所謂“熱備份”冗余策略就是指備用CPU模塊在線工作，只是不參與控制，即無輸出控制功能，一旦參與控制的CPU模塊出現故障，它便可自動接管故障CPU模塊，并參與控制，系統可不受停機損失。此冗余策略中，兩個CPU模塊有主從之分，處于熱備份狀態的CPU模塊為從，參與控制的CPU模塊為主，從CPU模塊具有與主CPU模塊完全相同的系統輸入，唯一區別在于當主CPU模塊常時，從CPU模塊不具備系統輸出功能。“熱備份”策略較“冷備份”策略省去了系統停機時間，系統故障時可無間斷運行，可靠性高，但正常情況下，主CPU模塊承擔了系統全部輸出功能，從CPU模塊卻無任何輸出功能，CPU利用率偏低；而且在系統運行之初，必須規定一個CPU模塊為主，一個CPU模塊為備用，通用性不好。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的缺點，提出一種基于解析冗余機制的雙CPU冗余控制系統，以縮短系統停機時間、提高CPU利用率和系統可靠性。

為了實現上述目的，本發明的基于解析冗余機制的雙CPU冗余控制系統包括兩個CPU模塊，其中這兩個CPU模塊采用“互備份”冗余策略，分別用于控制不同的負載，每個CPU模塊又包括：

數據采集子模塊：用于采集系統輸入信號，并將采集到的數據發送至eCAN總線通信子模塊和解析冗余機制子模塊；

eCAN總線通信子模塊：用于實現第一個CPU模塊A和第二個CPU模塊B之間的同步和實時數據交換，為解析冗余機制子模塊對第一個CPU模塊A和第二個CPU模塊B進行故障判斷提供數據源，保證雙CPU冗余切換實時性；

解析冗余機制子模塊：用于接收數據采集子模塊和eCAN總線通信子模塊提供的數據源，并對所述的兩個CPU模塊的故障進行判斷，將故障判斷結果發送至冗余切換子模塊；

冗余切換子模塊：用于根據故障判斷結果，對冗余控制子模塊輸出切換控制信號；

冗余控制子模塊：用于根據切換控制信號對出現故障的CPU模塊所控制負載進行接管，若第一個CPU模塊A故障，則第二個CPU模塊B接管第一個負載1，同時封鎖第一個CPU模塊A輸出控制功能，反之亦然；

所述的數據采集子模塊與eCAN總線通信子模塊雙向連接，eCAN總線通信子模塊與解析冗余機制子模塊單向連接，解析冗余機制子模塊與冗余切換子模塊單向連接，冗余切換子模塊與冗余控制子模塊單向連接。

本發明具有如下優點：

(1)由于采用的“互備份”冗余策略，在第一個CPU模塊A和第二個CPU模塊B均無故障時，第一個CPU模塊A控制負載1，第二個CPU模塊B控制負載2，提高了CPU利用率。

(2)由于采用eCAN總線通信實現兩個CPU模塊之間的CPU同步，保證了冗余切換的實時性，提高了系統可靠性。

(3)由于采用解析冗余機制對所述的CPU模塊的故障進行判斷，其故障檢測響應時間為40ms，縮短了系統停機時間，提高了系統可靠性。

附圖說明

圖1是本發明的總體結構框圖；

圖2是本發明的第一個CPU模塊A的冗余控制子模塊電路原理圖；

圖3時本發明的第二個CPU模塊B的冗余控制子模塊電路原理圖。

具體實施方式