CN100561456C - 主备系统及主备系统间实现外部部件互连设备切换的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了主备系统及主备系统间实现外部部件互连设备切换的方法，主备系统包括主中央处理系统、备中央处理系统，两个及两个以上的PCI桥，还包括硬件控制逻辑模块、PCI总线开关控制模块及时钟驱动器，所述硬件控制逻辑模块仲裁PCI设备的总线请求并监控PCI总线的状态，所述PCI总线开关控制模块分别与所述各PCI桥互连，所述主中央处理系统及备中央处理系统的主备信号通过所述硬件控制逻辑模块控制所述PCI总线开关控制模块选择相应的中央处理系统与所述PCI总线相连。本发明所述技术方案有效地控制并实现了PCI设备在两个中央处理系统间的可靠切换，且整个切换过程速度快，提高了系统的稳定性及PCI设备的可用性。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其是一种主备系统及主备系统间实现PCI(Peripheral Component Interconnect，外部部件互连)设备切换的方法。
背景技术
主备系统是实现设备高可靠性的一种有效方法。系统正常运行时，由主系统完成整个系统的控制，并保证与备系统的实时同步，当主系统出现异常时，备系统可以自动切换成主系统以完成系统的控制，保证系统的正常运行。
在PCI总线规范中，并没有关于在系统正常运行过程中PCI设备在不同的主控系统或中央处理系统间切换的说明。实际应用中存在大量这样的应用，由于PCI总线的特性，如果不进行有效的控制，PCI设备在两个中央处理系统间切换时很可能导致系统的异常。而传统的切换方法需要通过重新初始化PCI设备实现切换，非常耗费时间且不稳定，很难满足实际应用的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实现PCI设备在主备系统间高效稳定的切换的主备系统及主备系统间实现PCI设备切换的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种主备系统，包括主中央处理系统、备中央处理系统和两个以上的PCI桥，还包括硬件控制逻辑模块、PCI总线开关控制模块及时钟驱动器，所述硬件控制逻辑模块仲裁PCI设备的总线请求并监控PCI总线的状态，所述PCI总线开关控制模块分别与所述各PCI桥互连，所述主中央处理系统及备中央处理系统的主备信号通过所述硬件控制逻辑模块控制所述PCI总线开关控制模块选择相应的中央处理系统与所述PCI总线相连。
上述方案中，所述硬件控制逻辑模块包括PCI总线仲裁模块和PCI总线监控模块，所述PCI总线仲裁模块仲裁各PCI设备的总线请求，所述PCI总线监控模块通过所述各PCI桥监控所述PCI总线的状态以防止所述PCI总线挂起。
上述方案中，所述时钟驱动器为所述主中央处理系统、备中央处理系统及各PCI桥提供时钟。
上述方案中，所述主中央处理系统与所述备中央处理系统间通过主备通信总线互连，且还分别通过中央处理系统总线与所述硬件控制逻辑模块互连。
一种上述主备系统间实现PCI设备切换的方法，包括以下步骤：
5.1所述PCI总线开关控制模块将经过主备竞争确定的主中央处理系统与所述PCI总线相连，所述主中央处理系统初始化连接到所述PCI总线的各PCI设备，并将各PCI设备的初始化信息在经过主备竞争确定的备中央处理系统注册，同时保持所述各PCI设备信息在所述主中央处理系统与备中央处理系统的同步；
5.2主备中央处理系统切换时，根据主备信号的变化，所述硬件控制逻辑模块的PCI总线仲裁模块禁止所述各PCI设备的PCI总线交易请求并且收回已授予的PCI总线交易权；
5.3所述硬件控制逻辑模块的PCI总线监控模块根据所述PCI总线的状态作出相应的处理使得所述PCI总线为空闲状态后，断开所述主中央处理系统与所述PCI总线的连接；
5.4主备中央处理系统切换结束后，通过所述硬件控制逻辑模块的控制，所述PCI总线切换到连接所述备中央处理系统的状态，待所述备中央处理系统准备完毕后，所述硬件控制逻辑模块使能所述PCI总线。
上述方案中，步骤5.3中所述PCI总线的状态及相应的处理包括以下情况：
若所述PCI总线已为空闲状态，则保持所述空闲状态；
若所述PCI总线正在进行一总线交易且检测到所述总线的信号异常，则断开所述主中央处理系统与所述PCI总线的连接，接管异常信号的控制权，模拟目标异常终止协议以保证所述总线交易终止后，所述PCI总线返回空闲状态；
若所述PCI总线正在进行一总线交易且所述总线的信号正常，则利用所述主中央处理系统的PCI接口完成所述总线交易后，所述PCI总线自动返回空闲状态；
若所述PCI总线在预设时间内未返回空闲状态，则通过所述硬件控制逻辑模块实现所述PCI总线空闲状态的恢复。
上述方案中，步骤5.1包括以下步骤：
7.1所述主备系统通过主备竞争后确定主中央处理系统和备中央处理系统，所述硬件控制逻辑模块根据主备信号控制所述PCI总线开关控制模块将所述主中央处理系统与所述PCI总线相连；
7.2所述主中央处理系统初始化连接到所述PCI总线的各PCI设备；
7.3所述各PCI设备的初始化信息由所述主中央处理系统传给所述备中央处理系统后在所述备中央处理系统注册，同时保持所述各PCI设备信息在所述主中央处理系统与备中央处理系统的同步。
上述方案中，所述主中央处理系统与所述备中央处理系统中，所述各PCI设备接收数据包所存放的内存池物理地址空间和接收缓存的各内存块大小相等。
上述方案中，步骤5.4包括以下步骤：
9.1主备中央处理系统切换结束后，所述硬件控制逻辑模块屏蔽所述各PCI设备中断，并通过所述PCI开关控制模块将所述PCI总线切换到连接所述备中央处理系统的状态；
9.2清除所述各PCI设备的中断状态；
9.3所述备中央处理系统准备完毕后，所述硬件控制逻辑模块取消所述PCI总线的中断屏蔽和仲裁禁止标志位使能所述PCI总线。
本发明的有益效果主要表现在：本发明提供的技术方案通过增加外围硬件控制逻辑，有效地控制并实现了PCI设备在两个中央处理系统间的可靠切换，且整个切换过程速度快，提高了系统的稳定性及PCI设备的可用性。
附图说明
图1为本发明所述主备系统的结构示意图；
图2为本发明所述主备系统间实现PCI设备切换的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，一种主备系统，包括主中央处理系统、备中央处理系统和两个以上的PCI桥，还包括硬件控制逻辑模块、PCI总线开关控制模块及时钟驱动器。所述硬件控制逻辑模块包括PCI总线仲裁模块和PCI总线监控模块，所述PCI总线仲裁模块仲裁各PCI设备的总线请求；所述PCI总线监控模块通过所述各PCI桥监控所述PCI总线的状态以防止所述PCI总线挂起。如果出现PCI总线挂起，首先尝试恢复PCI总线，如果不能成功向中央处理系统上报中断，请求中央处理系统参与PCI总线的恢复。所述PCI总线开关控制模块分别与所述各PCI桥互连，是一个支持PCI总线切换的开关，该开关可用于PCI设备热插拔控制。所述主中央处理系统及备中央处理系统的主备信号通过所述硬件控制逻辑模块控制所述PCI总线开关控制模块选择相应的中央处理系统与所述PCI总线相连。所述时钟驱动器为所述主中央处理系统、备中央处理系统及各PCI桥提供时钟，利用该时钟拓扑避免了在主备系统切换的时候时钟也跟着切换导致的系统不稳定。系统中的两个中央处理系统互为主备，通过相应的主备通信总线实现主备通讯，且分别通过中央处理系统总线与硬件控制逻辑模块互连。主中央处理系统完成对所有PCI总线设备的初始化、配置管理和报文数据处理，同时将配置信息和状态信息更新到备中央处理系统。备中央处理系统跟踪主中央处理系统，实现系统同步，为系统的无缝切换做好准备。
如图2所示，一种上述主备系统间实现PCI设备切换的方法，包括以下步骤：
步骤一：所述PCI总线开关控制模块将经过主备竞争确定的主中央处理系统与所述PCI总线相连，所述主中央处理系统初始化连接到所述PCI总线的各PCI设备，并将各PCI设备的初始化信息在经过主备竞争确定的备中央处理系统注册，同时保持所述各PCI设备信息在所述主中央处理系统与备中央处理系统的同步，该步骤具体按以下方式实现：
1、所述主备系统通过主备竞争后确定主中央处理系统和备中央处理系统，所述硬件控制逻辑模块根据主备信号控制所述PCI总线开关控制模块将所述主中央处理系统与所述PCI总线相连，只有主中央处理系统的CPU才能发现并操作连接到所述PCI总线的各PCI设备；
2、所述主中央处理系统初始化连接到所述PCI总线的各PCI设备，各PCI设备使用PCI总线前都需要向硬件控制逻辑模块的PCI总线仲裁模块申请总线控制权，得到响应后才能使用PCI总线；
3、所述各PCI设备的初始化信息由所述主中央处理系统传给所述备中央处理系统后在所述备中央处理系统注册，同时保持所述各PCI设备信息在所述主中央处理系统与备中央处理系统的同步。其中，所述主中央处理系统与所述备中央处理系统中，所述各PCI设备接收数据包所存放的内存池物理地址空间和接收缓存的各内存块大小相等。这样，切换时将不会出现内存空间访问异常。内存空间访问异常是由于主备切换的不可预测性，在切换时，PCI设备很可能正在接收数据，此时如果发生切换，由于切换后不对PCI设备重新进行初始化，所以PCI设备切换后访问的物理地址还是切换前最后访问的地址，因此，如果主备中央处理系统中给PCI设备分配的内存空间的物理地址不一致，切换后有可能导致系统内存被异常覆盖。当主中央处理系统和备中央处理系统的PCI接收内存池分配的地址空间一样时，主备切换后，所有PCI设备不重新初始化，而主备中央处理系统的PCI设备信息是同步的，因而切换后，备中央处理系统不需要重新初始化就可以正常接管对PCI设备的管理权。
步骤二：主备中央处理系统切换时，根据主备信号的变化，所述硬件控制逻辑模块的PCI总线仲裁模块禁止所述各PCI设备的PCI总线交易请求并且收回已授予的PCI总线交易权，中断下一次报文发送能力，保证在当前数据传输完后，不再向主中央处理系统发送报文，其中，主备信号的变化可能是主中央处理系统异常导致自动切换引起的，也可能是人为手动切换引起的；
步骤三：所述硬件控制逻辑模块的PCI总线监控模块根据所述PCI总线的状态作出相应的处理使得所述PCI总线为空闲状态后，断开所述主中央处理系统与所述PCI总线的连接，其中，根据所述PCI总线的状态作出相应的处理包括以下情况：
若所述PCI总线已为空闲状态，则保持所述空闲状态；
若所述PCI总线正在进行一总线交易且检测到所述总线的DEVSEL#、TRDY#、STOP#等信号异常，则断开所述主中央处理系统与所述PCI总线的连接，接管DEVSEL#、TRDY#、STOP#等信号的控制权，驱动信号DEVSEL#和TRDY#为高电平，驱动STOP#信号为低电平，模拟目标异常终止协议以保证所述总线交易终止后，所述PCI总线返回空闲状态；
若所述PCI总线正在进行一总线交易且所述总线的DEVSEL#、TRDY#、STOP#等信号正常，此时主中央处理系统的CPU可能死掉，但PCI接口还能正常工作，则利用所述主中央处理系统的PCI接口完成所述总线交易后，所述PCI总线自动返回空闲状态；
若所述PCI总线在预设时间内未返回空闲状态，则通过所述硬件控制逻辑模块实现所述PCI总线空闲状态的恢复。
步骤四：主备中央处理系统切换结束后，通过所述硬件控制逻辑模块的控制，所述PCI总线切换到连接所述备中央处理系统的状态，待所述备中央处理系统准备完毕后，所述硬件控制逻辑模块使能所述PCI总线，该步骤具体包括以下三步：
1、主备中央处理系统切换结束后，所述硬件控制逻辑模块屏蔽所述各PCI设备中断，并通过所述PCI开关控制模块将所述PCI总线切换到连接所述备中央处理系统的状态；
2、清除所述各PCI设备的中断状态；
3、所述备中央处理系统准备完毕后，所述硬件控制逻辑模块取消所述PCI总线的中断屏蔽和仲裁禁止标志位使能所述PCI总线，从而PCI总线操作能正常进行，主备切换完成。
Claims (8)
1、一种主备系统，包括主中央处理系统、备中央处理系统和两个以上的外部部件互连桥，其特征在于：还包括硬件控制逻辑模块、外部部件互连总线开关控制模块及时钟驱动器，所述硬件控制逻辑模块仲裁外部部件互连设备的总线请求并监控外部部件互连总线的状态，所述外部部件互连总线开关控制模块分别与所述各外部部件互连桥互连，所述主中央处理系统及备中央处理系统的主备信号通过所述硬件控制逻辑模块控制所述外部部件互连总线开关控制模块选择相应的中央处理系统与所述外部部件互连总线相连，所述时钟驱动器为所述主中央处理系统、备中央处理系统及各外部部件互连桥提供时钟。
2、如权利要求1所述的主备系统，其特征在于：所述硬件控制逻辑模块包括外部部件互连总线仲裁模块和外部部件互连总线监控模块，所述外部部件互连总线仲裁模块仲裁各外部部件互连设备的总线请求，所述外部部件互连总线监控模块通过所述各外部部件互连桥监控所述外部部件互连总线的状态以防止所述外部部件互连总线挂起。
3、如权利要求2所述的主备系统，其特征在于：所述主中央处理系统与所述备中央处理系统间通过主备通信总线互连，且还分别通过中央处理系统总线与所述硬件控制逻辑模块互连。
4、一种如权利要求1所述的主备系统间实现外部部件互连设备切换的方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.1所述外部部件互连总线开关控制模块将经过主备竞争确定的主中央处理系统与所述外部部件互连总线相连，所述主中央处理系统初始化连接到所述外部部件互连总线的各外部部件互连设备，并将各外部部件互连设备的初始化信息在经过主备竞争确定的备中央处理系统注册，同时保持所述各外部部件互连设备信息在所述主中央处理系统与备中央处理系统的同步；
5.2主备中央处理系统切换时，根据主备信号的变化，所述硬件控制逻辑模块的外部部件互连总线仲裁模块禁止所述各外部部件互连设备的外部部件互连总线交易请求并且收回已授予的外部部件互连总线交易权；
5.3所述硬件控制逻辑模块的外部部件互连总线监控模块根据所述外部部件互连总线的状态作出相应的处理使得所述外部部件互连总线为空闲状态后，断开所述主中央处理系统与所述外部部件互连总线的连接；
5.4主备中央处理系统切换结束后，通过所述硬件控制逻辑模块的控制，所述外部部件互连总线切换到连接所述备中央处理系统的状态，待所述备中央处理系统准备完毕后，所述硬件控制逻辑模块使能所述外部部件互连总线。
5、如权利要求4所述的主备系统间实现外部部件互连设备切换的方法，其特征在于：步骤5.3中所述外部部件互连总线的状态及相应的处理包括以下情况：
若所述外部部件互连总线已为空闲状态，则保持所述空闲状态；
若所述外部部件互连总线正在进行一总线交易且检测到所述总线的信号异常，则断开所述主中央处理系统与所述外部部件互连总线的连接，接管异常信号的控制权，模拟目标异常终止协议以保证所述总线交易终止后，所述外部部件互连总线返回空闲状态；
若所述外部部件互连总线正在进行一总线交易且所述总线的信号正常，则利用所述主中央处理系统的外部部件互连接口完成所述总线交易后，所述外部部件互连总线自动返回空闲状态；
若所述外部部件互连总线在预设时间内未返回空闲状态，则通过所述硬件控制逻辑模块实现所述外部部件互连总线空闲状态的恢复。
6、如权利要求5所述的主备系统间实现外部部件互连设备切换的方法，其特征在于：步骤5.1包括以下步骤：
7.1所述主备系统通过主备竞争后确定主中央处理系统和备中央处理系统，所述硬件控制逻辑模块根据主备信号控制所述外部部件互连总线开关控制模块将所述主中央处理系统与所述外部部件互连总线相连；
7.2所述主中央处理系统初始化连接到所述外部部件互连总线的各外部部件互连设备；
7.3所述各外部部件互连设备的初始化信息由所述主中央处理系统传给所述备中央处理系统后在所述备中央处理系统注册，同时保持所述各外部部件互连设备信息在所述主中央处理系统与备中央处理系统的同步。
7、如权利要求6所述的主备系统间实现外部部件互连设备切换的方法，其特征在于：所述主中央处理系统与所述备中央处理系统中，所述各外部部件互连设备接收数据包所存放的内存池物理地址空间和接收缓存的各内存块大小相等。
8、如权利要求4至7其中之一所述的主备系统间实现外部部件互连设备切换的方法，其特征在于，步骤5.4包括以下步骤：
9.1主备中央处理系统切换结束后，所述硬件控制逻辑模块屏蔽所述各外部部件互连设备中断，并通过所述外部部件互连开关控制模块将所述外部部件互连总线切换到连接所述备中央处理系统的状态；
9.2清除所述各外部部件互连设备的中断状态；
9.3所述备中央处理系统准备完毕后，所述硬件控制逻辑模块取消所述外部部件互连总线的中断屏蔽和仲裁禁止标志位使能所述外部部件互连总线。
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