[發(fā)明專利]基于FPGA的硬盤自動切換裝置的應(yīng)用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910938327.6
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110688263B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張學(xué)東;袁小兵;曹之科;余兵;郭照新;李潮;員天佑;劉金;周小偉;虢仲平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院計算機應(yīng)用研究所
• 主分類號: G06F11/20
• 分類號: G06F11/20
• 代理公司: 綿陽遠(yuǎn)卓弘睿知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51371
• 代理人: 張忠慶

1.一種基于FPGA的硬盤自動切換裝置的應(yīng)用方法，其特征在于，所述基于FPGA的硬盤自動切換裝置，包括：

與圖像采集系統(tǒng)相配合的硬盤組；

與硬盤組中各硬盤相連接以控制其工作狀態(tài)的嵌入式控制器；

與嵌入式控制器通信連接的FPGA，其分別通過相配合的電源控制模塊與嵌入式控制器、硬盤組連接以對其上電狀態(tài)進行控制；

通過SPI總線與FPGA連接，對硬盤組的工作狀態(tài)進行控制、監(jiān)測的MCU；

其中，所述MCU通過以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片與遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備通信連接，以接收相應(yīng)啟動和/或切換控制信號；

所述硬盤組被配置為包括至少兩個第一固態(tài)盤、第二固態(tài)盤；

其中，所述FPGA通過相配合的多通道可控電源模塊進而與第一固態(tài)盤、第二固態(tài)盤分別進行連接，以提供相配合的工作電源；

所述FPGA通過相配合的可控電源芯片進而與嵌入式控制主板連接，以提供相相配合的工作電源；

所述多通道可控電源模塊的型號被配置為采用LTM4644，所述可控電源芯片的型號被配置為采用LTM4613；

所述嵌入式控制器的型號被配置為采用嵌入式控制主板SOM-5897；

所述FPGA的型號被配置為采用XC6SLX45T-2FGG484I；

其中，所述FPGA和嵌入式控制主板SOM-5897之間通過USB協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)通訊連接；

所述USB協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片的型號被配置為采用CP2103?X2；

所述MCU的型號被配置為采用STM32F407IG；

所述以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片的型號被配置為采用W5500；

其中，所述W5500通過裝置上的100Mpbs以太網(wǎng)接口與遠(yuǎn)端監(jiān)控設(shè)備進行連接；

步驟一，以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片將從遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備接收到的第一啟動指令，轉(zhuǎn)換成SPI通信協(xié)議下的第二啟動指令供MCU接收；

步驟二，MCU基于接收到的第二啟動指令，控制FPGA對第一固態(tài)盤、嵌入式控制器進行上電操作，以使嵌入式控制主板從第一固態(tài)盤進行啟動；

步驟三，F(xiàn)PGA在預(yù)定時間內(nèi)未接收到第一固態(tài)盤上第一服務(wù)程序的響應(yīng)信息，則認(rèn)定第一固態(tài)盤未能正常啟動，開始執(zhí)行硬盤切換操作；

步驟四，所述FPGA先對第一固態(tài)盤、嵌入式控制器進行下電操作，再分別對第二固態(tài)盤、嵌入式控制器進行上電操作，以使嵌入式控制主器從第二固態(tài)盤進行啟動；

步驟五，所述FPGA基于第二固態(tài)盤上對應(yīng)第二服務(wù)程序發(fā)送的正常啟動信息，與MCU進行通信，并通過以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片，將啟動正常信息發(fā)送給以太網(wǎng)上的遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備；

所述步驟一被配置為包括：

S10，遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備通過100Mpbs以太網(wǎng)接口向硬盤切換裝置發(fā)送第一啟動指令；

S11，所述硬盤切換裝置上的以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片W5500將接收到到第一啟動指令進行轉(zhuǎn)換，得到基于SPI通訊協(xié)議能直接與MCU進行數(shù)據(jù)交換的第二啟動指令，并發(fā)送給MCU芯片；

所述步驟二被配置為包括：

S20，所述MCU芯片基于接收到的第二啟動指令，通過SPI總線下的通訊結(jié)構(gòu)發(fā)送相對應(yīng)的第一控制指令到FPGA；

S21，F(xiàn)PGA基于接收到的第一控制指令，將第一固態(tài)盤mSATA1的電源控制使能信號打開，并通過多通道可控電源模塊LTM4644給?mSATA1供電；

S22，所述FPGA在mSATA1上電后，將嵌入式控制主板的使能信號打開，并通過可控電源芯片LTM4613給嵌入式控制主板供電；

S23，所述FPGA將嵌入式控制主板的電源正常啟動信號打開，進而使嵌入式控制主板從mSATA1啟動；

所述步驟三中的預(yù)定時間被配置3分鐘，F(xiàn)PGA在3分鐘內(nèi)查詢不到第一服務(wù)程序的運行狀態(tài)，則認(rèn)為操作系統(tǒng)沒有正常啟動，開始執(zhí)行硬盤切換操作；

所述步驟四被配置為包括：

S41，F(xiàn)PGA將第一固態(tài)盤mSATA1的電源控制使能信號關(guān)閉，同時將第二固態(tài)盤mSATA2的電源控制使能信號打開，通過多通道可控電源模塊LTM4644給mSATA2供電；

S42，F(xiàn)PGA先將嵌入式控制主板的使能信號關(guān)閉，再重新打開，通過可控電源芯片LTM4613給嵌入式控制主板供電；

S43，F(xiàn)PGA將嵌入式控制主板的電源正常信號關(guān)閉，再重新打開，以使嵌入式控制主板從第二固態(tài)盤mSATA2啟動；

將第一固態(tài)盤作為啟動盤的開機流程被配置為包括步驟一、步驟二、步驟五；

將第一固態(tài)盤作為啟動盤的關(guān)機流程被配置為包括：

步驟六，以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片W5500將從遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備接收到的第一關(guān)機指令，轉(zhuǎn)換成SPI通信協(xié)議下的第二關(guān)機指令供MCU接收；

步驟七，MCU基于接收到的第二啟動指令，控制FPGA通過嵌入式控制器當(dāng)前運行的服務(wù)程序，完成嵌入式控制器及運行固態(tài)盤上操作系統(tǒng)的關(guān)機；

步驟八，所述FPGA分別對嵌入式控制器、第一固態(tài)盤進行下電操作；

步驟九，所述FPGA通過MCU向遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備發(fā)送關(guān)機完成信息；

所述步驟六被配置為包括：

S60，遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備通過100Mpbs以太網(wǎng)接口向硬盤切換裝置發(fā)送第一關(guān)機指令；

S61，所述硬盤切換裝置上的協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片W5500將接收到到第一關(guān)機指令進行轉(zhuǎn)換，得到基于SPI通訊協(xié)議能直接與MCU進行數(shù)據(jù)交換的第二關(guān)機指令，并發(fā)送給MCU芯片；

所述步驟七被配置為包括：

S70，所述MCU芯片基于接收到的第二關(guān)機指令，通過SPI總線發(fā)送第二控制指令到FPGA；

S71，F(xiàn)PGA基于接收到的第二控制指令，通過USB協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片發(fā)送相應(yīng)的關(guān)機指令到嵌入式控制器上運行的服務(wù)程序中，該服務(wù)程序在給操作系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)關(guān)機指令后，發(fā)送關(guān)機完成指令給FPGA；

S72，F(xiàn)PGA在接收到服務(wù)程序的關(guān)機完成指令后，延時2分鐘，以保證操作系統(tǒng)能夠正常關(guān)閉，同時在確認(rèn)服務(wù)程序無響應(yīng)后，確定操作系統(tǒng)層面的關(guān)機完成；

所述步驟八被配置為包括：

S80，F(xiàn)PGA在操作系統(tǒng)層面的關(guān)機完成后，將嵌入式控制主板的使能信號關(guān)閉，并通過可控電源芯片LTM4613對嵌入式控制主板進行下電操作；

S81，F(xiàn)PGA將第一固態(tài)盤mSATA1的電源控制使能信號關(guān)閉，并通過多通道可控電源模塊LTM4644對第一固態(tài)盤mSATA1進行下電操作；

S82，F(xiàn)PGA將嵌入式控制主板的電源正常信號進行關(guān)閉操作；

所述步驟九被配置為包括：

S90，F(xiàn)PGA發(fā)送關(guān)機完成狀態(tài)信息給MCU；

S91，MCU基于接收到的關(guān)機完成信息，通過以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片W5500將關(guān)機完成信息發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備。

2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用方法，其特征在于，所述步驟五被配置為包括：

S50，所述式控制主板正常啟動后，第二固態(tài)盤mSATA2上駐留的第二服務(wù)程序通過嵌入式控制主板上的USB通訊接口發(fā)送硬盤正常啟動信息，并經(jīng)過USB協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為串口通訊協(xié)議后，發(fā)送給FPGA；

S51，所述FPGA接收到硬盤啟動正常信息后，通過SPI通訊總線發(fā)送給MCU芯片；

S52，所述MCU接收到硬盤啟動正常信息后，通過以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片W5500對其進行轉(zhuǎn)換，進而將硬盤啟動正常信息發(fā)送給以太網(wǎng)上的遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備。