串口通信在雙機(jī)冗余系統(tǒng)中應(yīng)用

摘要： 本文扼要 分析 了當(dāng)今帶專用檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路的雙機(jī)冗余系統(tǒng)存在的可靠性 問題 ，提出了利用雙機(jī)的串行口代替專用檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路，通過串行通信相互檢測(cè)主備機(jī)工作狀態(tài)，由軟件完成備機(jī)切換成主機(jī)的新型設(shè)計(jì)思想，為 計(jì)算 機(jī)在 工業(yè) 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng) 應(yīng)用 中的可靠性開辟新思路。
關(guān)鍵詞： 雙機(jī) 冗余 軟件 切換 　1、引言 冗余技術(shù)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中常用的一種技術(shù)，是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性的最有效 方法 ，同時(shí)也是鑒別各類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)好壞的標(biāo)志之一。故世界各地廠商推出的新產(chǎn)品都或多或少帶有冗余技術(shù)。如美國的honeywell、德國的西門子和日本的三武等，它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是自己設(shè)計(jì)了專用檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)主備切換。本文提出一種新的構(gòu)思，取消專用檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路，采用一種高效、實(shí)用的軟件冗余技術(shù)來完成雙機(jī)切換。2、冗余系統(tǒng)介紹雙機(jī)冗余包括cpu、擴(kuò)展電路、電源和外設(shè)雙備份的全系統(tǒng)冗余，不但可簡化設(shè)計(jì)方案，還可大大地提高應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性。這種冗余系統(tǒng)具有如圖1所示的典型硬件結(jié)構(gòu)。在圖1所示的系統(tǒng)中，u1和u2單元的軟硬件結(jié)構(gòu)完全相同。如有必要，在設(shè)計(jì)各單元時(shí)，通過采用自診斷技術(shù)，軟件陷井或watch dog等系統(tǒng)自行恢復(fù)措施可使單元可靠性達(dá)到最大限度的提高。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，u1和u2中的一個(gè)單元處于正常工作狀態(tài)（把該單元稱為主機(jī)），完成應(yīng)用功能，而另一個(gè)單元（備機(jī)）處于等待備用狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路檢測(cè)到主機(jī)不能正常工作時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)備機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，完成應(yīng)用功能。此時(shí)，可對(duì)故障單元進(jìn)行脫線維護(hù)，在排除其故障后，可使其聯(lián)機(jī)進(jìn)入等待備用狀態(tài)。顯然，這種冗余系統(tǒng)已大大提高了應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性，并基本保證了應(yīng)用系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。但仔細(xì)分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它存在以下不足之處：① 系統(tǒng)存在可靠性瓶頸，當(dāng)檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路自身出現(xiàn)故障時(shí)，不能監(jiān)視主備機(jī)狀態(tài)，也無法完成主備機(jī)自動(dòng)切換功能；② 對(duì)于某些冗余系統(tǒng)，當(dāng)備機(jī)需要實(shí)時(shí)保留主機(jī)之間的數(shù)據(jù)備份時(shí)，檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路無法完成主備機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信功能；③ 由于需要設(shè)計(jì)檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，引入了附加的不可靠因素。3、改進(jìn)設(shè)計(jì)方案針對(duì)圖1所示的雙機(jī)冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和缺點(diǎn)，筆者實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡單高效、具有更高可靠性和主備機(jī)數(shù)據(jù)通信功能的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。其基本設(shè)計(jì)思想是：不改變上述冗余系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，但完全去掉專用的檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路，利用主備機(jī)雙方的串行口和軟件相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路的功能和主備機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信功能。在此改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案中，主備單元的硬件和軟件結(jié)構(gòu)完全相同，各單元的主備工作狀態(tài)由上電順序決定，先上電的一方自動(dòng)進(jìn)入主機(jī)工作狀態(tài)，后上電者則進(jìn)入備機(jī)狀態(tài)。主機(jī)在其工作過程中除實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能外，定期向備機(jī)發(fā)送反映其工作正常的狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)需要備份的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，主機(jī)及時(shí)向備機(jī)發(fā)送已更新的數(shù)據(jù)。此外，主機(jī)也定期接收來自備機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生接收超時(shí)時(shí)，主機(jī)認(rèn)為備機(jī)已經(jīng)發(fā)生故障，并通過本單元的顯示裝置向用戶給出通知信號(hào)，以便及時(shí)對(duì)備機(jī)進(jìn)行脫線維護(hù)。備機(jī)在其工作過程中不完成應(yīng)用功能，但定期接收來自主機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生接收超時(shí)，備機(jī)認(rèn)為主機(jī)以經(jīng)發(fā)生故障，自動(dòng)切換進(jìn)入主機(jī)工作狀態(tài)，并通過本單元顯示裝置通知用戶，以便對(duì)原主機(jī)單元進(jìn)行脫線維護(hù)。此外，備機(jī)還自動(dòng)接收來自主機(jī)的備份數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)備份。 4、軟件模板下面的軟件模板給出了筆者已實(shí)現(xiàn)的雙機(jī)冗余系統(tǒng)的軟件框架，和 應(yīng)用 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)密切相關(guān)的部分用 自然 語言簡單描述，其余部分為visual c 源代碼，因此，這一軟件模板很容易移植到相似結(jié)構(gòu)的冗余系統(tǒng)中。該軟件模板以visual c 進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，常量ok,req,ack和nack分別表示主備機(jī)工作狀態(tài)正常，備份數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求，肯定應(yīng)答和否定應(yīng)答信息的字符常量，main,standby分別是表示工作單元為主機(jī)或備機(jī)的常量標(biāo)志。全局變量timeout用于設(shè)定以毫秒為單位的超時(shí)間隔，而update,cpustatus和failure分別是表示備份數(shù)據(jù)是否更新，主備機(jī)狀態(tài)和主備機(jī)是否發(fā)生故障的標(biāo)志位變量。定時(shí)器0產(chǎn)生每隔1ms的定時(shí)中斷(采用queryperformancecounter((large_integer *)

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