[發明專利]一種LockStep處理機及管理方法

有效

• 申請號: 201611153880.1
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN108228391B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 徐奡;劉帥;周嘯;鄭久壽;李鵬;夏德天
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所
• 主分類號: G06F11/16
• 分類號: G06F11/16;G06F11/20
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

1.一種LockStep處理機的管理方法，其特征在于：基于LockStep處理機來實現，處理器系統采用單模塊設計，包括處理器單元、存儲器單元、供電管理單元、時鐘單元、系統管理單元；所述處理器單元包含3個并行工作的相似或非相似的處理器CPU；所述存儲器單元由3個并行工作的隨機存儲器RAM、2個主備工作只讀存儲器ROM以及1個非易失存儲器NVM組成；所述供電管理單元實現系統雙余度供電的監控與管理以及系統二次電源的轉換與管理；所述時鐘單元實現雙余度時鐘電路的監控與管理；所述系統管理單元負責監控系統資源的工作情況，針對資源的故障進行定位、隔離與恢復；包括正常、降級、停機3種工作模態；

主備工作部件主要包含程序存儲器ROM和系統時鐘單元；正常工作模態下系統使用主部件工作，當主部件出現故障后由備部件實現故障主部件功能；

(1)對于程序存儲器ROM，如果系統通過主程序存儲器ROM啟動失敗，則系統管理邏輯單元將嘗試從備用程序存儲器ROM啟動；

(2)對于系統時鐘單元，系統采用2余度工作時鐘與監控時鐘設計，監控時鐘實時對工作時鐘進行頻率監控，如果當前工作時鐘出現故障，系統管理邏輯單元將根據時鐘監控結果將系統工作時鐘切換至正常工作時鐘；

系統管理邏輯單元主要包含：存儲器控制及表決管理模塊、接口管理模塊和余度管理模塊；其中，存儲器控制及表決管理模塊實現3模處理器的鎖步運行，處理器、RAM冗余資源的表決監控管理；接口管理模塊實現主備程序存儲ROM和主備工作時鐘的監控切換管理以及系統外圍接口的管理；余度管理模塊實現系統冗余資源工作狀態的綜合與管理以及系統調試支持；

處理器系統采用雙冗余供電設計，系統內二次電源劃分為4個獨立的供電區域；供電區1至3分別對應處理器與存儲器組合1至3；供電區4向系統管理邏輯FPGA及其他資源供電；

(1)正常模態下，處理器系統中的3個處理器CPU鎖步運行，在處理器前端總線上同步處理器總線周期操作包括讀取、寫入，以及對處理器系統內存RAM數據進行同步操作如讀取、寫入；處理器總線周期操作和內存數據的同步操作通過系統管理單元FPGA實現并對數據進行多數表決，如果通過表決可以得到表決值，則實際操作數據采用表決后的同一值；如果通過表決未得到表決值，說明發生1:1:1的奇異故障，處理器系統進入故障停機模態；處理器系統針對每個冗余CPU及RAM設置故障計數器；

(2)對于Lockstep處理機中的CPU，若其總線周期操作數據與表決值不一致連續累計次數超過門限，則認為該CPU運行故障，系統管理單元中的復位系統將復位故障CPU，復位完成后故障CPU根據復位前系統存儲于RAM中上下文進行重同步操作，重同步成功后系統繼續按照表決策略運行；當故障CPU處于復位恢復過程或無法成功恢復情況下，處理器系統進入降級模態，剩余的兩個CPU采用比較工作模式，2模Lockstep處理機主控監控架構，在該比較工作模式下一旦發生不一致則系統進入故障靜默狀態即停機模態；

(3)對于RAM，若某個RAM讀取數據與表決值不一致次數超過門限，系統管理單元將根據另外2個RAM表決內容對故障RAM進行刷新操作；刷新操作成功完成后繼續按照表決策略運行；故障RAM刷新過程中或無法成功刷新情況下，處理器系統進入降級模態，剩余RAM采用比較工作模式，在該比較工作模式下一旦發生不一致則系統進入故障靜默狀態即停機模態。