CN101296063B - 主备倒换装置及方法、单板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主备倒换装置及方法、单板，其中该主备倒换装置，用于信号处理平台，包括：链路层模块，对主备信号进行采样后组成第一并行数据队列后输出；物理层模块，用于将第一并行数据队列转换成第一串行数据后输出到第一差分总线，并用于通过第二差分总线接收到第二串行数据后将其转换为第二并行数据队列后发送到链路层模块；链路层模块还用于从第二并行数据队列中恢复出对端单板的主备信号后发送给单板，或恢复出对端单板上的母板和子卡的主备信号后发送给单板上对应的母板及子卡。本发明在背板无法提供足够的可供主备使用的总线端口时，仅仅利用一对信号线即可完成主备信号的传递，进而实现主备倒换，具有可靠、低成本等优点。

Description

主备倒换装置及方法、单板 

技术领域

本发明涉及单板冗余备份技术，特别是主备倒换装置及方法、单板。 

背景技术

现有的通讯平台中，为保障系统可靠运行，需对系统中的关键单板进行冗余备份，如时钟板、交换板、信令板等，当主用的单板出现故障时，通过主备倒换机制，备用单板自动升级为主用单板，实现系统的正常工作。 

考虑到单板倒换的实时性，目前实现倒换的方法通常是在主备单板间采用硬件单端主备信号对互连的方式，将对端单板的主备信号引入到单板内的主备逻辑模块来实现主备倒换。 

如图1所示，通常在单板接口定义了7对主备信号线：主备竞争信号、配置完成信号、故障告警信号、单板复位信号、看门狗溢出信号、倒换请求信号和单板上电信号，通过背板接入对端单板的主备逻辑倒换模块，由主备逻辑倒换模块实现主备倒换的功能，该7对主备信号线均为单端信号线。 

单板上电后，首先需要单板上电信号及配置完成信号有效，然后通过主备竞争信号来确定单板上电后主备工作状态。当主用的单板工作时出现故障、复位，或者系统要求单板倒换时，此时可通过故障告警信号、单板复位信号、看门狗溢出信号和倒换请求信号的使能，实现冗余单板(图中的单板A、单板B)的主备倒换。 

随着通信平台技术的发展，单板功能也越复杂，可能需要装载不同功能的子卡，子卡可实现单独的功能，也有主备倒换的需求。同时在背板上的信号定义也越来越复杂，可能无法保证在背板上出多对的单端主备信号对。 

ATCA(Advanced Telecom Computing Architecture，高级电信计算架构)规范的定义涉及系统管理、机箱和板卡的机械及电气接口、载卡接口等方面，在ATCA机框中，包含下列组件：机框管理板、交换板、节点刀片板、电源模块、散热模块、背板、后插板等。刀片板包含各类业务板、信令板、资源板、处理 板等。 

ATCA背板上的数据传输接口包括基本接口(Base Interface)和交换接口(Fabric Interface)，其中：Base接口提供ATCA机箱内基本的IP传输，Fabric接口是ATCA机箱中的高速数据传输接口。 

此外，互为冗余的节点板刀片之间、交换板之间可由用户自定义更新通道(Update Channel)接口，共定义了5对差分总线端口，可以进行两块互为冗余单板之间数据的传输。 

另外PICMG还制订了AMC(Advanced Mezzanine Card)子卡的规范，它支持在ATCA单板上热插拔功能和现场可更换功能，一块ATCA单板上最多可装载8块AMC子卡，子卡可以实现单独的功能，相当于一块ATCA单板。当母板(指装载有子卡的单板电路部分，不包含子卡)冗余备份时，装载在上面的AMC子卡也需要进行单独的备份切换。 

在ATCA平台中，因为背板的总线已由PICMG规范定义，只有Base、Fabric、Update Channel接口，而其中可供主备信号使用的只有Update Channel接口定义的5对差分总线端口，无法满足多对单端信号线传输的要求，而且考虑到与其他厂家的互连互通也不能采用单端总线的方式。因此，现有方案中采用并行传输多对单端主备信号线的方式不能直接套用到ATCA平台中。 

当然，上述的问题不仅仅存在于ATCA平台架构，其他的背板无法提供足够数量的可供主备使用的总线端口的平台架构也同样存在上述问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种主备倒换装置及方法、单板，在背板无法提供足够可供主备使用的总线端口时，利用串行主备信号实现单板、和/或单板及其子卡的多对主备线信号在背板上进行传输，从而实现单板上的子卡及母板的主备倒换。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种主备倒换装置，用于信号处理平台，包括： 

链路层模块，用于对单板，或单板上的母板和子卡的主备信号进行采样，并将主备信号采样数据组成第一并行数据队列后输出； 

物理层模块，用于将所述第一并行数据队列根据发送时钟转换成第一串行 数据后输出到第一差分总线，并用于通过第二差分总线接收到第二串行数据，根据接收时钟将第二串行数据转换为第二并行数据队列后发送到链路层模块； 

所述链路层模块还用于从第二并行数据队列中恢复出对端单板的主备信号后发送给单板，或从第二并行数据队列中恢复出对端单板上的母板和子卡的主备信号后发送给单板上对应的母板及子卡。 

上述的主备倒换装置，其中，所述信号处理平台为高级电信计算架构平台。 

上述的主备倒换装置，其中，所述第一差分总线和第二差分总线为更新通道接口定义的5对差分总线中的其中一对。 

上述的主备倒换装置，其中，所述链路层模块为FPGA。 

上述的主备倒换装置，其中，所述物理层模块为FPGA或专用SerDes电路。 

上述的主备倒换装置，其中，所述并行数据队列中的采样数据中包括对应关系字段，所述链路层模块根据对应关系字段将恢复出的主备信号后发送给单板，或单板上对应的母板及子卡。 

上述的主备倒换装置，其中，所述链路层模块对单板上的母板和子卡的主备信号进行采样为依序采样，所述链路层模块恢复时按采样顺序依序恢复，将恢复出的主备信号后发送给单板上对应的母板及子卡。 

上述的主备倒换装置，其中，所述并行数据队列中的采样数据中包括校验字段，用于保存用于奇偶校验的校验值，所述链路层模块还用于根据校验值效验出数据错误后，丢弃该数据。 

为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种单板，用于信号处理平台，包括母板，或者母板和子卡，其中，还包括主备倒换装置，所述主备倒换装置包括： 

链路层模块，用于对单板，或单板上的母板和子卡的主备信号进行采样，并将主备信号采样数据组成第一并行数据队列后输出； 

物理层模块，用于将所述第一并行数据队列根据发送时钟转换成第一串行数据后输出到第一差分总线，并用于通过第二差分总线接收到第二串行数据，根据接收时钟将第二串行数据转换为第二并行数据队列后发送到链路层模块； 

所述链路层模块还用于从第二并行数据队列中恢复出对端单板的主备信 号后发送给单板，或从第二并行数据队列中恢复出对端单板上的母板和子卡的主备信号后发送给单板上对应的母板及子卡。 

上述的单板，其中，所述信号处理平台为高级电信计算架构平台。 

上述的单板，其中，所述第一差分总线和第二差分总线为更新通道接口定义的5对差分总线中的其中一对。 

上述的单板，其中，所述并行数据队列中的采样数据中包括对应关系字段，所述链路层模块根据对应关系字段将恢复出的主备信号后发送给单板，或单板上对应的母板及子卡。 

上述的单板，其中，所述链路层模块对单板上的母板和子卡的主备信号进行采样为依序采样，所述链路层模块恢复时按采样顺序依序恢复，将恢复出的主备信号后发送给单板上对应的母板及子卡。 

为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种主备倒换方法，用于信号处理平台，其中，包括： 

步骤A，对第一单板，或第一单板上的母板和子卡的主备信号进行采样，并将主备信号采样数据组成第一并行数据队列后输出； 

步骤B，将所述第一并行数据队列根据发送时钟转换成第一串行数据后利用差分总线传输到与第一单板互为冗余的第二单板； 

步骤C，第二单板将第一串行数据后根据接收时钟转换为第二并行数据队列； 

步骤D，第二单板从第二并行数据队列中恢复出第一单板的主备信号后发送给第二单板的主备逻辑倒换模块，或从第二并行数据队列中恢复出第一单板上的母板和子卡的主备信号后发送给第二单板的对应的母板及子卡的主备逻辑倒换模块； 

步骤E，主备逻辑倒换模块根据主备信号进行主备倒换处理。 

上述的主备倒换方法，其中，所述信号处理平台为高级电信计算架构平台。 

上述的主备倒换方法，其中，所述并行数据队列中的采样数据中包括对应关系字段，所述步骤D中，根据对应关系字段将恢复出的主备信号后发送给单板，或单板上对应的母板及子卡。 

上述的主备倒换方法，其中，所述步骤A中，对单板上的母板和子卡的 主备信号进行依序采样，所述步骤C和D中，按采样顺序依序恢复，将恢复出的主备信号后发送给单板上对应的母板及子卡。 

本发明具有以下的有益效果： 

由于本发明通过将单板或单板上的母板和子卡的主备信号利用串行方式传输到对端，因此，在背板无法提供足够可供主备使用的总线端口时，仅仅利用一对信号线即可完成主备信号的传递，进而实现主备倒换，具有可靠、低成本等优点。 

附图说明

图1为现有技术中采用多对单端主备信号线实现单板主备倒换的示意图； 

图2为本发明的主备倒换装置及单板的结构示意图。 

图3为本发明的方法的流程示意图； 

图4为本发明的采样后的并行数据队列的示意图； 

图5为本发明的主备信号采样数据中加入目的ID字段后的示意图。 

具体实施方式

本发明针对背板无法提供足够数量的可供主备使用的总线端口的平台，提供一种解决方案，其通过将单板上的具有主备倒换逻辑功能的母板与其子卡(存在的情况下)的并行主备信号转换为串行信号后，将该串行信号通过背板上可供主备信号传输的总线传输到对端，然后进行串并转换后发送给对应的母板与其子卡，实现倒换功能。 

上述的母板为装载有子卡的单板的电路部分，但是其不包括设置于该单板的子卡。 

在本发明的实施例中，以ATCA平台为例进行说明，但应该知道的是，本发明的方法同样适用于其它的存在类似问题的平台。 

本发明的主备倒换装置如图2所示，设置于单板，包括链路层模块和物理层模块，其中： 

链路层模块，与母板及其子卡的主备逻辑倒换模块采用多对单端主备信号线连接，并分别对母板及其子卡的参与主备竞争的多对单端主备信号进行采样，在采样时钟的上升沿或下降沿读取多对单端主备信号的数值，并将主备信号采样数据在模块内部的发送存储阵列中组成第一并行数据队列后输出；

物理层模块，用于将链路层模块输出的第一并行数据队列根据发送时钟转换成第一串行数据后输出到第一差分总线，并通过第二差分总线接收到第二串行数据后根据接收时钟将其转换为第二并行数据队列后发送到链路层模块； 

该链路层模块还用于将第二并行数据队列存入内部的接收存储阵列中，若数据校验正确，就将队列中主备信号净荷送入相应母板或子卡的主备信号输出锁存器，刷新锁存器的输出信号值，即恢复出对端母板及其子卡的主备信号后发送给对应的母板及其子卡的主备逻辑倒换模块。 

本发明的单板如图2所示，包括母板，或者母板和子卡，其中，还包括一主备倒换装置，该主备倒换装置包括链路层模块和物理层模块，其中： 

链路层模块，与母板及其子卡的主备逻辑倒换模块连接，用于分别对母板及其子卡的参与主备竞争的主备信号进行采样，并将采样数据组成第一并行数据队列后输出； 

物理层模块，用于将链路层模块输出的第一并行数据队列转换成第一串行数据后输出到第一差分总线，并通过第二差分总线接收到第二串行数据后，将第二串行数据转换为第二并行数据队列后发送到链路层模块； 

该链路层模块还用于从第二并行数据队列中恢复出对端母板及其子卡的主备信号后发送给对应的母板及其子卡的主备逻辑倒换模块。 

在ATCA平台中，该第一差分总线和第二差分总线为更新通道(UpdateChannel)接口定义的5对差分总线中的其中一对，差分总线可采用低压差差分信号(LVDS)或其它方式。 

其中，上述的链路层模块可以采用FPGA来实现，物理层模块可以采用FPGA或者专用的SerDes电路实现。 

如图3所示，本发明的主备倒换方法包括如下步骤： 

步骤31，分别对第一单板的母板及子卡的参与主备竞争的主备信号进行采样，在采样时钟的上升沿或下降沿读取多对单端主备信号的值，并将主备信号采样数据组成第一并行数据队列； 

步骤32，根据发送时钟将第一并行数据队列转换成第一串行数据后利用差分总线传输到与第一单板互为冗余的第二单板；并串转换通常的实现方法是：若并行数据是n位，此时物理层模块内部的串行时钟频率需要是并行时钟 频率的n倍，这样通过串行时钟对并行数据的高速采样，在并行时钟的一个周期内通过移位寄存器依次串行输出并行数据，形成串行数据输出，完成并串转换。 

步骤33，第二单板接收第一串行数据后根据接收时钟将其转换为第二并行数据队列；串并转换与并串转换相反，物理层模块内部采用串行时钟，通过移位寄存器将串行数据送到并行的数据寄存器，采用并行时钟来读取数据寄存器中的并行数据，形成并行数据输出，完成串并转换。 

步骤34，第二单板的链路层模块对第二并行数据队列进行校验，若校验通过就将信号净荷送入对应母板或子卡的主备信号输出锁存器，刷新输出的主备信号。从第二并行数据队列中恢复出第一单板中的母板及子卡的主备信号后发送给第二单板对应的母板及子卡的主备逻辑倒换模块； 

步骤35，主备逻辑倒换模块根据主备信号进行主备倒换处理。 

由上面的描述可知，由主备信号采样信号组成的第一并行数据队列在对端需要发送到对应的母板及子卡才能准确实现主备倒换处理，因此，为了保证数据能被正确的发送到对应的母板或子卡，本发明采用以下的方式实现： 

1、按顺序采样，在对端则按采样顺序进行恢复，然后发送给对应的母板及子卡； 

2、在采样数据中加入目的ID字段，用于保存与其对应的母板或子卡的ID，在对端恢复后，根据采样数据中的目的ID发送到对应的母板或子卡即可；当然，需要通信的单板都知道该目的ID所对应的母板或子卡； 

3、建立第一单板和第二单板的母板和子卡之间的对应关系，并根据该对应关系加入到采样数据中，在对端恢复后，根据采样数据中的对应关系发送到母板或子卡即可。 

当然，本领域普通技术人员应该知道还有其他的很多可保证该对应关系的处理方式，如在采样数据中加入通道号等方式，在此不一一列举。 

下面对链路层模块如何实现采样，如何将采样数据组成第一并行数据队列的处理过程进行详细描述，其具体包括如下步骤： 

步骤311，链路层模块与母板及其子卡的主备逻辑倒换模块连接建立主备信号通道，通道数目为子卡和母板的数目和；

步骤312，链路层模块获取主备信号通道内参与主备竞争的主备信号； 

步骤313，链路层模块利用采样时钟对依次对主备信号通道内的主备信号采样，并将主备信号采样数据放入到存储队列； 

步骤314，链路层模块将存储队列中的所有主备信号采样数据组成第一并行数据队列输出。 

假设单板上包括母板和4个子卡(为方便描述，在此命名为子卡1、子卡2、子卡3和子卡4)，其相应的主备信号通道依次为CH1、CH2、CH3、CH4、CH5，同时按照母板、子卡1、子卡2、子卡3和子卡4的顺序采样，则第一并行数据队列如图4所示，每个通道采样后的数据的数据格式都包括： 

起始字段，用于标识第一并行数据队列的起始，其对于第一个采样的通道采样后的数据中为标识帧头的起始参数，而对于其他采样顺序的通道采样后的数据中为不同于起始参数的第一填充参数； 

信道主备信号净荷字段，用于保存对应信道主备信号采样后的信号净荷； 

校验字段，用于保存对信号净荷进行奇偶校验的校验值；和 

结束字段，用于标识第一并行数据队列的结束，其对于最后采样的通道采样后的数据中为标识帧尾的结束参数，而对于其他采样顺序的通道采样后的数据中为不同于结束参数的第二填充参数。 

通过校验字段发现出错时，即可放弃该数据，等待下一帧的数据再作处理即可。 

上面已经说明，链路层模块按照母板、子卡1、子卡2、子卡3和子卡4的顺序采样，因此在对端按照恢复出来的数据的顺序依次发送到对应的母板和子卡即可，当乱序采样时，如图5所示，可以在通道采样后的数据的数据格式中设置一目的ID字段即可，如在CH1、CH2、CH3、CH4、CH5采样后的数据的数据格式中目的ID字段依次为1、2、3、4、5，这样，对端链路层模块在恢复出数据后，即可根据该目的ID字段发送给对应的母板和子卡。 

链路层模块进行数据处理时，依次对CH1、CH2、......CH5的多对主备信号线进行采样，首先用采样时钟采样CH1通道的主备信号线，并计算采样后的奇偶校验位，生成起始的数据格式存入存储队列，然后顺序用采样时钟依次采样CH2通道到CH4通道的主备信号线，并计算采样后的奇偶校验位，生 成中间的数据格式存入存储队列，最后用采样时钟采样CH5通道的主备信号线，并计算采样后的奇偶校验位，生成结束的数据格式存入存储队列，这样形成了一帧数据队列。 

上述的描述是以母板结合子卡的方式对本发明进行了详细描述，但可以理解的是，本发明同样适应于单板上没有加载子卡的情况，此时只采用一个通道，如CH1通道即可实现。 

上述的解决方案是利用ATCA架构进行的详细说明，对于其他存在类似问题的信号处理平台也完全可以利用本发明的解决方案来处理主备倒换信号的传输，在此不再赘述。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种主备倒换装置，用于信号处理平台，其特征在于，包括：

链路层模块，用于对单板，或单板上的母板和子卡的主备信号进行采样，并将主备信号采样数据组成第一并行数据队列后输出；

物理层模块，用于将所述第一并行数据队列根据发送时钟转换成第一串行数据后输出到第一差分总线，并用于通过第二差分总线接收到第二串行数据，根据接收时钟将第二串行数据转换为第二并行数据队列后发送到链路层模块；

所述链路层模块还用于从第二并行数据队列中恢复出对端单板的主备信号后发送给单板，或从第二并行数据队列中恢复出对端单板上的母板和子卡的主备信号后发送给单板上对应的母板及子卡。

2.根据权利要求1所述的主备倒换装置，其特征在于，所述信号处理平台为高级电信计算架构平台。

3.根据权利要求2所述的主备倒换装置，其特征在于，所述第一差分总线和第二差分总线为更新通道接口定义的5对差分总线中的其中一对。

4.根据权利要求1所述的主备倒换装置，其特征在于，所述链路层模块为FPGA。

5.根据权利要求1所述的主备倒换装置，其特征在于，所述物理层模块为FPGA或专用SerDes电路。

6.根据权利要求1所述的主备倒换装置，其特征在于，所述并行数据队列中的采样数据中包括对应关系字段，所述链路层模块根据对应关系字段将恢复出的主备信号后发送给单板，或单板上对应的母板及子卡。

7.根据权利要求1所述的主备倒换装置，其特征在于，所述链路层模块对单板上的母板和子卡的主备信号进行采样为依序采样，所述链路层模块恢复时按采样顺序依序恢复，将恢复出的主备信号后发送给单板上对应的母板及子卡。

8.根据权利要求1所述的主备倒换装置，其特征在于，所述并行数据队列中的采样数据中包括校验字段，用于保存用于奇偶校验的校验值，所述链路层模块还用于根据校验值效验出数据错误后，丢弃该数据。

9.一种单板，用于信号处理平台，包括母板，或者母板和子卡，其特征在于，还包括主备倒换装置，所述主备倒换装置包括：

链路层模块，用于对单板，或单板上的母板和子卡的主备信号进行采样，并将主备信号采样数据组成第一并行数据队列后输出；

物理层模块，用于将所述第一并行数据队列根据发送时钟转换成第一串行数据后输出到第一差分总线，并用于通过第二差分总线接收到第二串行数据，根据接收时钟将第二串行数据转换为第二并行数据队列后发送到链路层模块；

所述链路层模块还用于从第二并行数据队列中恢复出对端单板的主备信号后发送给单板，或从第二并行数据队列中恢复出对端单板上的母板和子卡的主备信号后发送给单板上对应的母板及子卡。

10.根据权利要求9所述的单板，其特征在于，所述信号处理平台为高级电信计算架构平台。

11.根据权利要求10所述的单板，其特征在于，所述第一差分总线和第二差分总线为更新通道接口定义的5对差分总线中的其中一对。

12.根据权利要求9所述的单板，其特征在于，所述并行数据队列中的采样数据中包括对应关系字段，所述链路层模块根据对应关系字段将恢复出的主备信号后发送给单板，或单板上对应的母板及子卡。

13.根据权利要求9所述的单板，其特征在于，所述链路层模块对单板上的母板和子卡的主备信号进行采样为依序采样，所述链路层模块恢复时按采样顺序依序恢复，将恢复出的主备信号后发送给单板上对应的母板及子卡。

14.一种主备倒换方法，用于信号处理平台，其特征在于，包括：

步骤A，对第一单板，或第一单板上的母板和子卡的主备信号进行采样，并将主备信号采样数据组成第一并行数据队列后输出；

步骤B，将所述第一并行数据队列根据发送时钟转换成第一串行数据后利用差分总线传输到与第一单板互为冗余的第二单板；

步骤C，第二单板将第一串行数据后根据接收时钟转换为第二并行数据队列；

步骤D，第二单板从第二并行数据队列中恢复出第一单板的主备信号后发送给第二单板的主备逻辑倒换模块，或从第二并行数据队列中恢复出第一单板上的母板和子卡的主备信号后发送给第二单板的对应的母板及子卡的主备逻辑倒换模块；

步骤E，主备逻辑倒换模块根据主备信号进行主备倒换处理。

15.根据权利要求14所述的主备倒换方法，其特征在于，所述信号处理平台为高级电信计算架构平台。

16.根据权利要求14所述的主备倒换方法，其特征在于，所述并行数据队列中的采样数据中包括对应关系字段，所述步骤D中，根据对应关系字段将恢复出的主备信号后发送给单板，或单板上对应的母板及子卡。

17.根据权利要求14所述的主备倒换方法，其特征在于，所述步骤A中，对单板上的母板和子卡的主备信号进行依序采样，所述步骤C和D中，按采样顺序依序恢复，将恢复出的主备信号后发送给单板上对应的母板及子卡。

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