[發(fā)明專利]一種雙機(jī)備份冗余控制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310541332.6
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103631178A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余國強(qiáng);曲翕;郭芳;張毅;何海峰;賴星宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種冗余控制裝置，屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，國內(nèi)雙機(jī)冗余計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用雙機(jī)熱備或雙機(jī)冷備工作模式，在設(shè)計(jì)中采用兩個完全相同的單機(jī)互為備份，來完成整個系統(tǒng)的功能，其中切換控制邏輯電路屬于公共模塊，為長期不斷電部位。從雙機(jī)冗余和可靠性角度分析，消除公共模塊可極大的提高整機(jī)可靠性指標(biāo)和優(yōu)化雙機(jī)切換機(jī)制。其冗余設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

對于此類雙機(jī)冗余備份系統(tǒng)，兩個計(jì)算機(jī)能夠同時接收外部輸入信號，由公共模塊確定當(dāng)班機(jī)，并控制當(dāng)班機(jī)輸出公共信號，同時禁止非當(dāng)班機(jī)輸出公共信號。當(dāng)整個系統(tǒng)工作時，公共模塊處于長期加電狀態(tài)，無備份模塊可以替代，雙機(jī)處于不完全冗余狀態(tài)。從可靠性角度分析，對整機(jī)的可靠性指標(biāo)與壽命指標(biāo)要求較高的裝置，該雙機(jī)冗余備份設(shè)計(jì)是不適用的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種雙機(jī)備份冗余控制裝置，將公共模塊進(jìn)行簡化冗余設(shè)計(jì)，并將其分配到兩個獨(dú)立單機(jī)中，構(gòu)成一個完全冗余備份的系統(tǒng)，具有高可靠性，長壽命的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括安裝在兩個計(jì)算機(jī)中、完全相同的兩部分，每部分包括狀態(tài)采集模塊、主備狀態(tài)設(shè)置模塊、主備狀態(tài)翻轉(zhuǎn)模塊、主備狀態(tài)清除模塊和主備位生成邏輯模塊，

所述的主備狀態(tài)設(shè)置模塊輸入本機(jī)處理器預(yù)置端口信號，本機(jī)處理器對該端口進(jìn)行寫操作時，主備狀態(tài)設(shè)置模塊輸出低電平有效信號；

所述的主備狀態(tài)翻轉(zhuǎn)模塊根據(jù)遙控切換信號輸出上升沿信號；

所述的主備狀態(tài)清除模塊輸入低電平有效的本機(jī)看門狗狗咬信號、上電復(fù)位信號和處理器清除端口信號，通過三輸入與門輸出低電平有效信號；

所述的主備位生成邏輯模塊采用D觸發(fā)器控制，D觸發(fā)器的預(yù)置端低電平有效，當(dāng)主備狀態(tài)設(shè)置模塊輸出低電平有效信號時，本機(jī)主備狀態(tài)輸出為1，1表示主機(jī)，0表示備機(jī)；D觸發(fā)器的輸出負(fù)端反饋接至輸入端；D觸發(fā)器的時鐘輸入端上升沿有效，當(dāng)收到主備狀態(tài)翻轉(zhuǎn)模塊輸出的上升沿信號時進(jìn)行主備狀態(tài)位的翻轉(zhuǎn)；D觸發(fā)器的清除端CLR低電平有效，當(dāng)主備狀態(tài)清除模塊輸出為低電平時，本機(jī)主備狀態(tài)輸出為0；

所述的主備狀態(tài)采集模塊輸入本機(jī)電源狀態(tài)信號和另一機(jī)電源狀態(tài)信號，判斷雙機(jī)系統(tǒng)為冷備狀態(tài)或熱備狀態(tài)，并且根據(jù)本機(jī)的主備位狀態(tài)信號和另一機(jī)的主備位狀態(tài)信號，輸出主備位判斷依據(jù)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明針對傳統(tǒng)雙機(jī)冗余體系結(jié)構(gòu)存在公共部分，即為不完全冗余體系結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，采用軟硬件結(jié)合的方式，可實(shí)現(xiàn)兩個計(jì)算機(jī)之間的完全冗余，既支持雙機(jī)熱備份工作模式，也支持雙機(jī)冷備份工作模式，具有高可靠、長壽命、高實(shí)時性特點(diǎn)。

以某空間型號任務(wù)中雙機(jī)熱備計(jì)算機(jī)為例，存在公共模塊時，通過元器件應(yīng)力分析法，對整機(jī)按6個月任務(wù)時間進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)，可靠性預(yù)計(jì)值為0.998；通過本發(fā)明取消公共模塊的設(shè)計(jì)后，采用同樣的分析方法，對整機(jī)按6個月任務(wù)時間進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)，可靠性預(yù)計(jì)值為0.9995。比較兩個可靠性預(yù)計(jì)值可以看出，采用本發(fā)明后，使雙機(jī)成為完全冗余系統(tǒng)，可以極大提高整機(jī)的可靠性，相比未采用本發(fā)明的雙機(jī)系統(tǒng)，可靠性指標(biāo)提升接近一個數(shù)量級。

本發(fā)明在空間計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制等對可靠性、壽命及實(shí)時性方面要求較高的領(lǐng)域，具有重要推廣應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1是目前雙機(jī)冗余計(jì)算機(jī)系統(tǒng)框圖；

圖2是切換控制裝置框圖；

圖3是主備位生成邏輯模塊框圖；

圖4是主備位搶權(quán)機(jī)制示意圖；

圖5是完全冗余雙機(jī)備份計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成框圖；

圖6是切換控制電路框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。

本發(fā)明的切換控制裝置如圖2所示，該裝置由狀態(tài)采集模塊、主備狀態(tài)設(shè)置模塊、主備狀態(tài)翻轉(zhuǎn)模塊、主備狀態(tài)清除模塊和主備位生成邏輯模塊組成：

主備狀態(tài)采集模塊輸入信號為本機(jī)電源狀態(tài)信號、另一機(jī)電源狀態(tài)和主備狀態(tài)信號，通過該模塊的輸入信號可判斷系統(tǒng)為冷備狀態(tài)或熱備狀態(tài)，并且可獲知另一機(jī)的主備位狀態(tài)，為系統(tǒng)輸出主備位提供判斷依據(jù)；

主備狀態(tài)設(shè)置模塊輸入信號為本機(jī)處理器預(yù)置端口信號，本機(jī)處理器對該端口進(jìn)行寫操作時，主備狀態(tài)設(shè)置模塊輸出低電平有效信號；

主備狀態(tài)翻轉(zhuǎn)模塊輸入信號為遙控切換信號；