CN100477547C

CN100477547C - 通信设备主从切换方法及通信设备

Info

Publication number: CN100477547C
Application number: CNB2006100203961A
Authority: CN
Inventors: 陈灿; 唐忠
Original assignee: MAIPU (SICHUAN) COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Maipu Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: CN1815908A

Abstract

通信设备主从切换方法及通信设备，涉及电信级通信设备领域，特别涉及双主控板卡热切换的技术。本发明所要解决的技术问题是，针对热备份的通信设备，特别是集中式系统的主控板卡，克服现有技术中占用系统资源较多的缺点，提供一种主从备份主控板卡准确热切换的方法及相关设备。本发明的方法方法，包括以下步骤：a、作为主设备的第一设备通过CPU看门狗监测工作状态；作为从设备的第二设备通过CPU看门狗监测工作状态；主设备和从设备输出自身主从标志信号到对方；b、第一设备和第二设备根据对方主从状态决定自身工作状态。本发明设计简单，所使用的背板控制信号线非常精简，实现起来简便、可靠，可以胜任电信级设备可靠性的要求。

Description

通信设备主从切换方法及通信设备

技术领域

本发明涉及电信级通信设备领域，特别涉及双主控板卡热切换的技术。

背景技术

在设计电信级通信设备时，如何保证系统的高可靠性是一个首要的问题，目前通行的保证措施之一就是对系统的主控板卡实施1∶1备份。1∶1备份是指两块主控板同时工作，只有一张主控板为主控工作状态称为主模式(Master mode)，另外一张工作为备份板状态，称为从模式(Slave mode)，当工作为主模式的主控板出现异常或故障时，从模式的主控板可以立即切换到主模式，接替整个系统的核心业务和重要管理工作。切换为从模式后的主控板可以带电热拔出(Hotplug)，根据情况解除故障或进行日常维护；也可以带电热插入(Hotplug-in)，而不影响系统的正常工作，从而达到电信级可靠性的要求。在这种主控热备份的系统设计中，专利号为02150116.5的发明专利与申请号为00106113.5的发明申请都公开了两张主控板如何判断对端板卡故障，如何进行准确的热切换，如何保证设备不会出现双主控或无主控的情况。但这样的热切换模块为了保证主从单板之间的热切换的稳定可靠，都必须占用到较多的背板连接信号线，同时为了避免单板热插拔时，由于连接信号针的虚接触造成的信号抖动，还需要对连接信号进行冗余处理。这样就会占用很多的背板信号线资源。这就限制了热切换模块的功能，使其不能胜任一些需要智能切换的场合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对热备份的通信设备，特别是集中式系统的主控板卡，克服现有技术中占用系统资源较多的缺点，提供一种主从备份主控板卡准确热切换的方法及相关设备。本发明也可以使用在包含CPU模块的单板冗余热备份场合。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，通信设备主从切换方法，包括以下步骤：

a、作为主设备的第一设备通过本端CPU看门狗监测本端CPU模块的工作状态；作为从设备的第二设备通过本端CPU看门狗检测本端CPU模块的工作状态；主设备和从设备输出自身主从标志信号到对方；作为主设备的第一设备还通过本端心跳看门狗监测本端CPU模块的主控状态，当本端CPU异常时输出溢出信号到控制逻辑模块，通知控制逻辑模块将本端CPU降级为从模式；

b、第一设备和第二设备根据对方主从状态决定自身工作状态。

进一步的说，所述步骤b包括：

b1、主从切换触发事件发生后，第一设备热切换控制模块对第一设备CPU复位，并根据第一设备心跳看门狗溢出信号将自身主从标志信号置为从标志；

b2、第二设备监测到第一设备输出从标志后，切换为主模式，承担系统主要工作，并将输出的主从标志信号置为主标志；

b3、第一设备复位后，根据第二设备输出的主标志，将自身置为从模式。

更进一步的，所述步骤b1中，所述主从切换触发事件为主设备工作异常，或接收到切换指令。所述主设备与从设备为主控卡。

本发明还提供一种通信设备，包括控制逻辑模块、CPU看门狗、心跳看门狗，CPU看门狗和心跳看门狗分别与控制逻辑模块连接；所述CPU看门狗用于监测本端CPU工作状态，当CPU异常时，输出溢出信号到控制逻辑模块，通知控制逻辑模块复位CPU；所述心跳看门狗用于在本通信设备为主模式时监测本端CPU主控状态，当CPU异常时，输出溢出信号到控制逻辑模块，通知控制逻辑模块将该CPU降级为从模式；所述控制逻辑模块用于接收本通信设备的CPU看门狗和心跳看门狗的输出信号，并根据CPU看门狗和心跳看门狗的输出信号向同组设备输出本通信设备主从标志信号；所述控制逻辑模块还用于根据接收到的同组设备主从标志信号决定本通信设备工作模式。具体的说，所述通信设备为主控卡。

前述的“同组设备”是指主设备和从设备构成的工作组。

本发明设计简单，所使用的背板控制信号线非常精简，实现起来简便、可靠，可以胜任电信级设备可靠性的要求。另外，通过背板连接器信号针的长短不同，主控卡板卡完全支持带电热插拔，这便于板卡的日常维护，以及故障排除后的带电热插入。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为热切换控制模块框图

图2为系统中各模块逻辑关系和背板连线图

具体实施方式

本发明提供了一个热切换模块，其中包括：CPU看门狗、心跳看门狗、控制逻辑、主从标志输出信号、对端主从标志输入信号、对端在位信号，CPU复位信号以及CPU接口电路组成。(如图1所示)

CPU模块通过CPU接口与控制逻辑进行交互，可以实现对CPU看门狗的喂狗以及对心跳看门狗的喂狗操作，也可以从控制逻辑读回当前板卡的主从状态。必要时控制逻辑可以输出CPU复位信号对CPU模块进行复位。

CPU看门狗用于对本端主控卡CPU模块的监控，当本端主控卡CPU模块发生异常不再喂狗时，CPU看门狗可以通过控制逻辑输出CPU复位信号将CPU复位，从而使CPU模块重新启动，以解除异常状态。

心跳看门狗用于本端CPU模块的主控状态监控，当本端主控卡不再喂狗时，说明该主控卡故障，或该主控卡已经降级为从模式。对端主控卡需要立即切换接替其工作。

为保证主控卡的主从切换准确及时、并做到同步，需要保证同一主控板卡的CPU看门狗和心跳看门狗的超时时间(timeout)一致，这一点可以在设计时通过硬件保证。另外，CPU模块的软件方面对两个看门狗的喂狗输出，应该保证在同一个进程中完成，这样可以保证主模式的主控板CPU看门狗和心跳看门狗的一致性。

主从标志输出信号和对端主从标志输入信号用于对端主控卡状态监控，在背板上相互交叉，本板接地有效，悬空无效，对端主控板上电阻上拉，以高电平表示为从模式，低电平表示为主模式。由于，两端主控板的逻辑器件，都没有直接对该信号进行驱动，避免了由于热插拔导致的器件损坏。

对端在位信号，用于判断对端主控卡是否在位，该信号在对端的主控卡的背板连接器上被设计为最短信号针，在对端主控板上直接接地，本端主控卡上电阻上拉，保证了该在线信号有效以前，其他的信号已经有效的接触。

当该主控卡工作为主模式时，CPU模块通控制逻辑对本端CPU看门狗喂狗，同时也对自己的心跳看门狗喂狗，控制逻辑通过心跳看门狗的状态，输出主从标志信号为主模式，通知对端自己为主模式(Master mode)。工作为从模式的主控卡，CPU模块通过控制逻辑只喂本端CPU看门狗而不喂对端的心跳狗，并输出主从标志信号为从模式，申明自己为从模式(Slave mode)。

主控板上电的默认值均为从模式，如果系统同时出现两张从模式的主控板时，两张主控板的CPU模块将进入软件选举模式，这可以通过软件随机选取或者槽位优先等方式实现。而从模式到主模式的热切换，只发生在从模式主控板发现对端由主模式变换为从模式时才进行，这样就避免了永远不会出现双主模式主控板的出现。

主控卡的切换模式的过程通常可以分为四种情况，分别为：1、单主控卡上电2、双主控卡同时上电3、双主控卡主从热切换4、双主控卡CPU模块主动热切换。下面逐一对以上4种情况的工作过程做详细描述：

1、单主控卡上电，即整个系统中仅插入一张主控卡，然后开电运行，其工作步骤依次为：

a)系统上电，本端主控卡上热切换模块的控制逻辑缺省进入从模式工作

b)本端主控卡的热切换模块通过对端在位信号检测到对端主控卡不在位，则将自己直接置为主模式

c)本端主控卡CPU模块通过CPU接口读出自己为主模式，开始同时喂CPU看门狗和心跳看门狗，设备正常运行。

2、双主控卡同时上电，即整个系统中插入两张主控卡，然后开电运行，其工作步骤依次为：

a)系统上电时，两张主控卡的热切换模块的控制逻辑都缺省进入从模式工作；

b)两张主控卡控制逻辑检测对端在位信号，发现系统存在两张主控卡，并且都为从模式，则CPU模块软件进入主从协商过程，根据协商算法选举出一主模式主控卡和从模式主控卡，其协商算法可以是按照槽位优先或者是随机选举；

c)从模式主控卡CPU模块通过控制逻辑只喂CPU看门狗而不喂心跳看门狗；

d)主模式主控卡CPU模块通过控制逻辑同时喂CPU看门狗和对端的心跳看门狗。

3、双主控卡主从切换，即系统插入两张主控卡，已经上电，而且已经协商出主从模式，此时作为主模式的主控卡突然出现异常，或者主控卡被带电拔出，需要立即进行主从切换，其工作步骤为：

a)主模式的主控卡CPU模块检测到本系统不正常(或者CPU模块死机)，则CPU看门狗和心跳看门狗都停止了喂狗；

b)原工作为主模式的CPU看门狗超时，控制逻辑输出CPU复位信号对CPU模块复位，同时，心跳看门狗也超时，控制逻辑输出主从状态信号由主变为从；

c)对端原来工作为从模式的主控板监测到对端主模式主控板由主变为从，则立即将自己变为主模式，并通知CPU模块；

d)CPU模块知道自己变为主模式后，开始同时喂CPU看门狗和心跳看门狗，让对端主控卡知道自己已经升级为主模式；

e)控制逻辑根据心跳看门的状态输出主从状态信号由从变为主；

f)原主MPU卡重启后发现对端主控卡存在，并且为主模式，则自己工作模式保持为上电默认的从模式不变。

4、双主控卡CPU模块主动切换，即系统插入两张主控卡，已经上电，而且已经协商出主从模式，此时由于管理或者维护的需要主控卡的CPU模块主动要求进行主从模式切换，其具体步骤为：

a)主模式主控卡接到切换命令后，CPU模块由原来的同时喂CPU看门狗和心跳看门狗变为只喂CPU看门狗，控制逻辑根据心跳看门狗溢出，将主从状态信号变为从模式

b)从模式主控卡检测到原来为主模式的主控卡已经变为从模式，立即将自己置为主模式，并开始同时喂CPU看门狗和对端心跳看门狗，从而达到模式切换的目的。

由上述方案可以看出，本发明关键在于：通过两个看门狗监控系统状态，其实现简单，可靠性高，稳定性好。在具体实现时可以使用可编程器件(CPLD)实现，具有占用逻辑资源少，调试简单，灵活性强等特点。同时，他还有占用的背板连线资源少的特点。非常适合使用在需要电信级别稳定要求的通信设备的双主控卡热备份场合。

Claims

1、通信设备主从切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、作为主设备的第一设备通过本端CPU看门狗监测本端CPU模块的工作状态；作为从设备的第二设备通过本端CPU看门狗监测本端CPU模块的工作状态；主设备和从设备输出自身主从标志信号到对方；作为主设备的第一设备还通过本端心跳看门狗监测本端CPU模块的主控状态，当本端CPU异常时输出溢出信号到控制逻辑模块，通知控制逻辑模块将本端CPU降级为从模式；

2、如权利要求1所述的通信设备主从切换方法，其特征在于：所述步骤b包括：

3、如权利要求2所述的通信设备主从切换方法，其特征在于：所述步骤b1中，所述主从切换触发事件为主设备工作异常，或接收到切换指令。

4、如权利要求3所述的通信设备主从切换方法，其特征在于：所述主设备与从设备为主控卡。

5、通信设备，其特征在于，包括控制逻辑模块、CPU看门狗、心跳看门狗，CPU看门狗和心跳看门狗分别与控制逻辑模块连接；

所述CPU看门狗用于监测本端CPU工作状态，当CPU异常时，输出溢出信号到控制逻辑模块，通知控制逻辑模块复位CPU；

所述心跳看门狗用于在本通信设备为主模式时监测本端CPU主控状态，当CPU异常时，输出溢出信号到控制逻辑模块，通知控制逻辑模块将该CPU降级为从模式；

所述控制逻辑模块用于接收本通信设备的CPU看门狗和心跳看门狗的输出信号，并根据CPU看门狗和心跳看门狗的输出信号向同组设备输出本通信设备主从标志信号；所述控制逻辑模块还用于根据接收到的同组设备主从标志信号决定本通信设备工作模式。

6、如权利要求5所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备为主控卡。