CN101494564B - 一种电源监控装置及单板热备份的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源监控装置及单板热备份的实现方法，在电源监控装置中，通过背板上带双路电池供电的双口RAM，来实现两块控制单板的高速数据保存和交换；通过一个简单可靠的仲裁器，实现控制单板的选通；软件上，两块控制板同时工作，交换数据，比较判断，分析侦查故障点，保障正常无故障的单板拥有系统的控制权。本发明可以实现热插拔，如果出现故障，可以不断电的更换单板；甚至，当控制板同时故障或者同时被拔出时，监控单元对系统的控制都能维持不变，具备非常高的可靠性和可维护性。

Description

一种电源监控装置及单板热备份的实现方法

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及通信设备中的电源监控装置以及其中的单板热备份的实现方法。

背景技术

随着科技的进步，越来越多的工业控制、医疗、通讯、消费等电子产品日趋智能化，以微处理器为核心的嵌入式系统得到日益广泛的应用。尤其是在工业和军事领域，在恶劣的环境、无人值守的野外，智能化的嵌入式系统完全替代了人工。然而，在这些领域，嵌入式系统需要非常可靠的运行。通常，使用的设备会是一天24小时，一年365天永不停机的运作，而在此运作期间不能有设备损坏的情形发生，所以它所需要的高稳定性远远高于普通商业应用所需要的一般稳定性。设备故障或停机在工业和军事领域中是无法接受的。

对于通信电源来说，由于担负着整个电信网络的不间断供电任务，因此，用户对于它的可靠运行也要求非常高。增加柴油发电机、备份更大的蓄电池、配置更多的整流器，都是保障电源可靠运行的措施。然而，目前的通信电源系统中，对于监视和控制整个电源系统的智能化的监控单元，却缺乏很好的可靠性保障措施；通信电源厂商，一般在监控单元中，通过选用更好性能的芯片、增加硬件防护等措施，但提升的可靠性还是很有限。对于很多无人值守的通信基站、高端客户以及军事客户，同样要求监控单元必须一天24小时，一年365天永不停机的高稳定运作。

因而，对于负责对通信电源进行监控的监控单元装置，如何保证监控单元中单板可靠性，克服可靠性不足的缺点，解决现有监控单元无法实现永不停机的高稳定运作的问题，满足无人值守、高端/军事用户高可靠技术要求，成为需要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电源监控装置及单板热备份的实现方法，用于实现可热插拔热备份地保障电源监控系统的高可靠性。

本发明提供一种电源监控装置，包括背板、以及分别通过连接器插接到所述背板上的第一电源板、第二电源板、主控板、从控板，其中：

所述第一、第二电源板以并联均流热备份方式为所述电源监控装置供电，在其中一块电源板发生故障时，另一块电源板继续工作；

所述主控板和所述从控板是以互为主从的主从备份方式工作的相同控制单板，用于控制所述电源监控装置；

所述背板用于对所述主控板和所述从控板的高速数据以及电源监控装置的系统信息进行保存和交换，并根据所述主控板和所述从控板上报的状态信号实现对两者之一的选通，由被选通的主控板或从控板拥有监控系统的控制权。

所述电源监控装置进一步包括通过连接器插接到所述背板上的显示板，用于在所述主控板或从控板控制下实现人机交互功能。

所述连接器是支持热插拔的连接器。

所述主控板或从控板在插接到背板上时，根据所述背板的主从信号获知本板插入的槽位是主控板还是从控板。

所述主控板和从控板分别具有三个互相通信的状态信号，即在位信号EXT、系统正常信号OK和运行信号RUN，每一控制板将自身的所述三个信号送给对方及背板，并同时检测对方的所述三个信号。

所述背板进一步包括一个仲裁器，用于检测通过连接器相连的主控板和/或从控板的状态信号，在检测到从控板的在位信号SLAVE_EXT、系统正常信号SLAVE_OK和运行信号SLAVE_RUN同时有效后，选通所述从控板，并发出选通控制信号通知整个电源监控系统该从控板获得了控制权。

所述背板上的所述仲裁器，用于检测通过连接器相连的主控板和/或从控板的状态信号，在检测到从控板的在位信号SLAVE_EXT、系统正常信号SLAVE_OK和运行信号SLAVE_RUN为非同时有效时，选通所述主控板，并发出选通控制信号通知整个电源监控系统该主控板获得了控制权。

所述背板，还包括一个分别通过连接器与主控板和从控板相连的双口RAM，该双口RAM存贮空间的分为：

系统区，用于存贮当前系统的配置、参数、控制信息；

主控板信息存贮区，用于存贮主控板的输入采集信息、状态、告警、以及控制输出信息；

从控板信息存贮区，用于存贮从控板的输入采集信息、状态、告警、以及控制输出信息。

所述主控板和所述从控板均能访问通过所述连接器的相连的所述双口RAM的全部地址空间：

当所述主控板或所述从控板启动后，读取背板上的双口RAM系统区，若系统信息正确，则以双口RAM系统区数据为准，否则，以自身控制单板上的数据为准，启动后送出在位信号EXT；

当所述主控板或所述从控板运行时，读取所述主控板信息存贮区和所述从控板信息存贮区的信息，若判断自身一切正常且对方控制板有误时，送出系统正常信号OK至对方控制板及所述仲裁器，并启动运行信号RUN并通知给仲裁器以申请控制权。

所述主控板和所述从控板上具有掉电保存的存贮器，用以保存自身控制单板上的配置和参数、控制信息。

所述背板还具有一个连接于所述仲裁器和电源设备之间的输出锁存器，用于对控制输出信号进行锁存，所述仲裁器在主控板或从控板中选通一个控制单板后，将选通的控制单板的所有信号线送往显示板，同时还驱动与通信设备相连的输出锁存器对所述信号线上的信号进行锁存输出。

所述背板与所述主控板或从控板的连接器还具有保护电路和隔离驱动电路，用于将输入的所有信号加上必要的保护电路后，通过隔离驱动电路，同时送往两块控制板。

所述背板还包括一个分别输出至所述双口RAM和所述输出锁存器的内部电源，所述内部电源包括并联连接的第一电池、第二电池、和外电源，以三路并联方式向双口RAM和输出锁存器供电。

所述背板还包括连接于所述双口RAM和所述主控板或从控板之间的NVRAM控制器，用于保证电源波动或者异常的情况下双口RAM中数据的稳定。

本发明还提供一种电源监控装置中的单板热备份的实现方法，包括如下步骤：

控制单板插入背板后进行初始化和自检，并对系统配置及参数信息进行校验，；

检测该控制单板是主控板还是从控板，若为主控板则向背板和从控板送出系统主控板正常的“MAST_OK”信号，并定时送出运行信号“MAST_RUN”，定期监控系统并对监控信息与系统存储的信息进行比对，若主控板出现系统故障，则发送主控板系统故障的“MAST_ERROR”信号通知从控板；

所述从控板定期监控系统，将监控信息与系统存储的信息进行比对，若从控板出现系统故障，则发出从控板系统故障的“SLAVE_ERROR”信号；否则，送出从控板正常的“SLAVE_OK”信号；若从控板检测本板正常且收到主控板系统故障的“MAST_ERROR”信号，则向背板和主控板定时发送运行信号“SLAVE_RUN”，申请主控权；

背板上的仲裁器如果检测到从控板的在位信号“SLAVE_EXT”、系统正常信号“SLAVE_OK”和运行信号“SLAVE_RUN”同时有效后，则发出选通控制信号，通知整个系统从控板获得控制权。

其中，所述控制单板插入背板后进行初始化和自检时，判断控制单板是否存在故障；如有故障，则向背板和另一块控制单板发出故障信号；

所述控制单板在初始化和自检通过后，先从双口RAM系统区取出系统配置和参数信息，进行必要的校验以判断所述系统信息是否正确：

如果校验判断认为所述系统信息正确，则把所述系统信息更新到控制单板内并且保存；

如果校验判断认为所述系统信息错误，则由控制单板内部存贮器读取自身保存的系统信息；经过相同的校验后，对双口RAM系统区进行更新。

其中，所述双口RAM，位于被板上，该双口RAM的存贮空间包括：

系统区，用于存贮当前系统的配置、参数、控制信息；

主控板信息存贮区，用于存贮主控板的输入采集信息、状态、告警、以及控制输出信息；

从控板信息存贮区，用于存贮从控板的输入采集信息、状态、告警、以及控制输出信息。

其中，所述主控板或从控板定期监控系统并对监控信息与系统存储的信息进行比对的步骤，是主控板或从控板定期读取双口RAM系统区，根据读取到的配置和参数信息，对系统进行监测和控制；并把监测和控制信息保存到主控板信息存贮区或从控板信息存贮去，进行比对是，定期读取两个信息存贮区的信息进行比对。

采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，完全实现了通信电源监控的单板热备份；达到了高可靠性，永不停机的工作；并且可以实现热插拔，如果出现故障，可以不断电的更换单板；甚至，当控制板同时故障或者同时被拔出时，监控单元对系统的控制都能维持不变，具备非常高的可靠性和可维护性。

附图说明

图1是本发明的实施例的电源监控装置各部分的示意图；

图2是本发明的电源监控装置中背板的结构示意图；

图3是本发明的电源监控装置的背板中的仲裁器实现方案图；

图4是本发明的电源监控装置的双口RAM存贮区分配图；

图5是本发明的电源监控装置的控制单板软件实现的流程图；

图6是本发明实施例中仲裁器的电路图；

图7是本发明实施例中双口RAM的电路图；

图8是本发明实施例中选通两块控制板控制液晶板的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

本发明采用单板热备份的方法来实现嵌入式系统高可靠性，永不停机的工作。本发明的核心思想是在电源监控装置中，通过背板上带双路电池供电的双口RAM，来实现两块控制单板的高速数据保存和交换；通过一个简单可靠的仲裁器，实现控制单板的选通；软件上，两块控制板同时工作，交换数据，比较判断，分析侦查故障点，保障正常无故障的单板拥有系统的控制权。

本发明提供的电源监控装置，包括背板、以及分别通过连接器插接到所述背板上的第一电源板、第二电源板、主控板、从控板，其中：

所述第一、第二电源板以并联均流热备份方式为所述电源监控装置供电，在其中一块电源板发生故障时，另一块电源板继续工作；

所述主控板和所述从控板是互为主从的以主从备份方式工作的相同控制单板，用于控制所述电源监控装置；

所述背板用于对所述主控板和所述从控板的高速数据以及电源监控装置的系统信息进行保存和交换，并根据所述主控板和所述从控板上报的状态信号实现对两者之一的选通，由被选通的主控板或从控板拥有监控系统的控制权。

电源监控装置还可以包括通过连接器插接到所述背板上的显示板，用于在所述主控板或从控板的控制下实现人机交互功能。所述显示板可以是液晶显示板或阴极射线CRT显示器、或等离子PDP显示器、或LED显示面板。

第一、第二电源板是完全相同的电源板，或者结构不同但功能相同的电源板，用于以并联均流热备份方式实现电源的变换，提供合适的电源给监控单元供电，包括向背板、主从控制单板、液晶显示单板供电。例如，实现从背板接入的48V到5V、12V的电源转换，并且通过连接到背板的电源插座输出至背板上的各个单板。所述的两块电源板通过连接器插入背板，以并联均流热备份的方式提供电源，如果一块板故障，另外一块继续工作，并且还可实现热插拔。

两块控制单板即主控板和从控板也完全相同，可互换，也是通过连接器插入背板，实现控制板的主从备份，如果一块板故障，切换到另外一块工作。所述主控板或从控板在插接到背板上时，根据所述背板的主从信号获知本板插入的槽位是主控板还是从控板。控制单板完成控制板本身的全部业务处理功能。通过和背板的连接器，能够检测所有的信息量，并且能够根据检测信息，输出必要的控制量。至于这些控制量是否能从背板输出，则由仲裁器输出的选通信号决定；

控制单板上有掉电保存的存贮器，可以保存自身单板上的配置和参数、控制等信息。当单板启动后，首先读取背板上的双口RAM系统区，正确的话，以双口RAM系统区数据为准，否则，以自身单板上的数据为准；控制单板和背板连接器上，对所有信号(比如模拟、数字输入输出信号，数据、地址、控制总线信号)都加上必要的隔离驱动和保护电路后，实现热插拔时静电和瞬态电流不损坏器件和电路。

背板通过连接器和插座，把电源引入到各个单板和需要供电的器件上；把输入的所有信号(比如模拟、数字采样量)加上必要的保护电路后，通过隔离驱动电路，同时送往两块控制板；背板和控制板、液晶板，在靠近连接器附近电路上，都具备信号隔离保护电路，实现子板在插入和拔出时，静电和瞬态电流不对芯片造成损坏或闭锁；

所述连接器是支持热插拔的连接器。无论是电源板、控制单板，还是液晶显示板，都可以实现热插拔，如果背板上的任何一块子板有故障，都可以不断电的更换；甚至，当控制板同时故障或者同时被拔出时，因施加有保护电路可以保证监控单元装置对系统的输出控制都能保持不变。控制单板和背板连接器电路上，具备电源的热插拔控制器，实现控制子板在插入和拔出时，不对其他板的电源造成影响；液晶板和背板连接器上，所有信号都加上必要的隔离驱动和保护电路后，实现热插拔时静电和瞬态电流不损坏器件和电路；液晶板和背板连接器电路上，具备电源的热插拔控制器，实现液晶板在插入和拔出时，不对其他板的电源造成影响。

背板上还配备有仲裁器电路。仲裁器通过检测两块控制单板的运行状态，产生一个片选信号，以此来决定哪一块板获得控制权；获得控制权的单板，称为选通板，能够把它的所有信号线，送往液晶板，同时驱动输出锁存器；另外一块单板不具备控制输出功能，但依旧能够检测所有输入信号；随时准备着可能到来的控制权。

背板上还具备双口RAM。双口RAM存贮空间分为三部分：

第一部分为系统区，存贮着当前系统的配置、参数、控制等信息；

第二、三部分为两块控制单板各自的信息存贮区，分别存贮着主控板、从控板的输入采集信息、状态、告警、以及控制输出信息等。

两块控制单板都能够访问双口RAM的全部地址空间，实现信息交换，访问系统区。两块控制板能够实现配置、控制信息的同步更新；同时，单板被更换后，新的单板能够第一时间读取系统区，自动更新单板配置和参数。第二、三部分信息存贮区，都能够被两块控制单板访问，这样，这两块单板能够彼此互通，获悉自己和另外一块板的所有信息，可以方便判断自身是否存在故障，故障存在的可能位置；并以此判断决定应该由哪一块单板投入运行，输出正确的信号给仲裁器，由仲裁器产生最终的片选信号。

背板上控制输出信号都有锁存功能。这样，即使两个控制单板都被拔出，控制输出信号依旧可以维持以前的正确状况，而不会紊乱；对系统造成影响；

背板上具备电池和供电电路。为了保存数据，需要增加电池和供电电路。采用两个锂电池、以及外电源并联，三路取电方式，确保双口RAM和输出控制锁存器的供电。同时，为了确保双口RAM的正常访问，还增加了NVRAM控制器，确保电源波动或者异常的情况下，双口RAM中数据的稳定。

为了描述的方便，本实施例以通信电源上的监控单元为例进行说明。所述监控单元业务功能包括：

(1)检测通信电源上的交流配电、整流器、直流配电和蓄电池组的电压、电流和温度等模拟信息量，以及空开、熔丝、输入干结点等各种开关量；

(2)配备有显示设备(例如液晶板)和键盘以方便用户操作维护；

(3)配备有智能通讯接口接入网管；

(4)监控单元还可根据系统当前状况和用户命令，进行开关机、二次下电、调节整流器输出等控制输出。

如图1，显示了本实施例所述监控单元的硬件部分结构图。所述监控单元由背板和其他子板：两块电源板(电源板1、2)、两块控制板(主控板、从控板)和一块液晶板组成。其中，背板和其他子板通过连接器连接；子板两侧有固定的导轨，可方便插入背板和从背板取出。金属化的导轨可靠接入保护地，以泄放静电。具体而言，背板及其上的各个子板分别具有如下特点：

(1)电源板。

两块电源板完全相同，可将电源转换为系统所需的工作电压，例如实现48V到5V、12V电源的转换，通过背板输出给系统。两块电源板采用并联均流方式工作、均可以热插拔；若一块电源板停止工作，并不影响另一块电源板的工作。

(2)背板。

监控单元所有的输入、输出信号都从背板引入和输出，如各模拟数字检测量、控制输出、通讯接口等。

背板上还有五个可热插拔连接器插座分别与所述两块电源板(电源板1、2)、两块控制板(主控板、从控板)和液晶板相连。所有热插拔连接器上的信号线都就近加上了上拉电阻、钳位二极管和隔离驱动器，如74ALS245等；目的是吸收尖峰干扰，改善信号质量，同时保护后级CMOS器件。

同时，背板还具有一个重要的部分就是仲裁器。仲裁器通过检测两块控制单板的运行状态，产生一个单板片选信号，以此片选信号决定哪一块控制板获得控制权。因仲裁器是一个非常重要和关键的部分，仲裁器的设计必须极其可靠，应当满足元器件最少、电路最简单、没有软件参与、可以保障极高的可靠性等要求。如图6所示，本实施例中选用了一个74HC123单稳触发器、一个74HC02逻辑门和几个电阻、电容即组成了仲裁器。该仲裁器具备主板优先级原则，即：只有当从机在位(信号“SLAVE_EXT”有效)、从机系统正常(信号“SLAVE_OK”有效)和从机软件在周期性的运行(信号“SLAVE_RUN”有效)，三者同时满足后，从控板才能获得控制权，所述这三个信号都是由从控板发出的信号。换言之，如果主控板故障且从控板正常，则从控板获得控制权；其他情况下，都是主控板获得控制权。

同时，背板上还有双口RAM供两块控制单板保存和交换数据；有电池和NVRAM控制器保障掉电不丢失数据。如图7所示，这里选用了IDT7006作为双口RAM，它提供了两套总线供两个MCU进行访问。

L_AB、L_DB表示左边MCU(即主控板)的地址、数据总线；RD_L、WR_L、CS7006_L分别表示左边MCU(即主控板)的读、写和片选信号。同理，RD_R、WR_R、CS7006_R分别表示右边MCU(即从控板)的读、写和片选信号。选择了DS14287作为NVRAM控制器，这是为了保证IDT7006掉电数据不丢失。由于IDT7006具备主、从控制板译码访问使用的两个片选信号；因此，需要两块DS14287。另外，DS14287具有内部的锂电，因而不需要再外加电池了。同时，两块锂电并联工作，可靠性更高。为了并联锂电，采用了两个理想二极管LTC4411，理想二极管具备极低的正向压降。另外，又从外电源通过一个肖特基二极管并联供电。这样，通过三路取电，保障了双口RAM的可靠供电。

两块控制板的输出信号进入背板后，通过单板选通信号，通过隔离驱动器后并联，再经由锁存器输出。这样，可以保证两块控制板同时故障或者同时被拔出时，控制输出都能维持不变。

(3)控制板。

单块控制板具备一般的电源监控单元的全部功能，是以微处理器为核心的嵌入式系统，完成模拟数字信号的输入采集和输出控制、人机交换、告警、通讯等等应用。所有的模拟、数字I/O线，MCU的数据、地址、控制总线，通过背板上的连接器进入背板供双口RAM、输出锁存器等使用；进入液晶板，来控制液晶的显示。控制板的所有输出信号，都通过单板选通信号从隔离驱动器输出到背板。

控制板接收来自背板上的主从信号，从而获知本板插入的槽位是主板还是从板；控制板还接收来自背板上的仲裁信号，从而获知本单板是否选通，是否拥有控制权。两块控制板间还有至少三个互相通讯的信号，即在位(EXT)、系统正常(OK)和运行信号(RUN)。每个控制板都把自身的这三个信号送给对方，同时检测对方的这三个信号。当从控板发现自身一切正常，而对方主控板有误时，即启动运行信号(SLAVE_RUN)并将该SLAVE_RUN信号通知仲裁器，申请控制权。仲裁器检测到从控板的这三个信号都正常后，就选通从控板；其他情况都是主控板被选通。

控制板可以进行热插拔，方便维护。当控制板作为子板被插入背板时，子板上的电源旁路电容在充电时会从电源上吸收很大的瞬态电流，这个瞬态电流取决于电源电压和电源内阻以及旁路电容的容量，这样的瞬态电流有时可以达到数安培。因而会引起接插件和电路板线条的永久损坏。该瞬态电流同时也会引起尖峰干扰，使系统中的其它外设被强制进入复位状态。在电源接口加上通过热插拔控制器，如LTC1643，就解决了这个问题。

(4)液晶板。

液晶板之所以没有备份，是因为液晶板即使损坏，也不会影响到系统正常的控制输出，只是人机交互功能缺少而已。液晶板接收来自两块控制板的数据、地址等控制信号，根据选通信号，决定哪一个控制板的信号有效。如图8所示，CPU1_CS和CPU2_CS分别表示主、从控制板的选通信号，任意时刻只有一个有效。两个信号控制两个74ALS245的导通，把选通的控制板信号，如液晶的读写信号，如LCD_RD、WR等送入；其他信号也是类似的处理。另外，液晶板也可以热插拔，其热插拔的实现方法和控制板相同。

基于上述对硬件部件的设计描述，接下来再详细描述其中控制单板软件实现的步骤：

步骤1，控制单板插入背板后，首先进行初始化和自检，判断控制单板是否存在故障；如有故障，则向背板和另一块控制单板发出故障信号；

步骤2，初始化和自检通过后，先从双口RAM系统区取出系统配置和参数信息，进行必要的校验，判断这些系统信息是否正确：

如果校验判断认为这些系统信息正确，则把这些系统信息更新到控制单板内，并且保存；

如果校验判断认为系统信息错误，则从控制单板内部存贮器读取自身保存的系统信息；经过相同的校验后，对双口RAM系统区进行更新。

如有必要，取出双口RAM中第二、三部分信息存贮区的信息，确保获取连续的正确信息，不因为单板的插拔造成信息的波动。

步骤3，检测当前的单板是主控板还是从控板。如果是主控板的话，则向背板和从控板送出系统主控板正常的“MAST_OK”信号，并且定时送出运行信号“MAST_RUN”，表明主控板软件在正常运行中。

步骤4，主控板的软件，定期读取双口RAM系统区，根据读取到的配置和参数信息，对系统进行监测和控制；并把监测和控制信息保存到第二部分信息存贮区。定期读取第三部分信息存贮区内容，并且对比第二、三部分信息存贮区内容，如果发现主控板系统故障，就发出主控板系统故障的“MAST_ERROR”信号，通知从控板。

步骤5，从控板的软件，定期读取双口RAM系统区，根据读取到的配置和参数信息，对系统进行监测和控制；并把监测和控制信息保存到第三部分信息存贮区。定期读取第二部分信息存贮区内容；并且对比第二、三部分信息存贮区内容，如果发现从控板系统故障，就发出从控板系统故障的“SLAVE_ERROR”信号；否则，送出从控板正常的“SLAVE_OK”信号。

步骤6，从控板的软件，如果发现本单板完全正确，且检测到主控板发出的“MAST_ERROR”信号；就向背板和主控板定时送出运行信号“SLAVE_RUN”，表明从控板软件在正常运行中；并且期望获得控制权，接管系统。

步骤7，背板上的仲裁器，检测到从控机的在位信号“SLAVE_EXT”、系统正常信号“SLAVE_OK”和运行信号“SLAVE_RUN”后，发出选通控制信号，通知整个系统，从控板获得控制权。

只有获得控制权的单板，才可以对双口RAM系统区进行写入。无论是否获得控制权，每一单板都可以对全部双口RAM空间进行读操作。获得控制权的控制单板才能够控制输出，无论是否获得控制权，每一控制单板都可以接收输入信号。

另外，本仲裁器具备主板优先级原则。只有当从控机的在位信号“SLAVE_EXT”、系统正常信号“SLAVE_OK”和运行信号“SLAVE_RUN”全部有效后，从控板才能获得控制权；其他所有情况下，都是主控板优先获得控制权。

如图5所示，给出了两块控制板的处理流程示意图，包括如下步骤：

步骤501：首先，初始化MCU以及外设；

步骤502：对硬件进行自检；

步骤503：判断自检是否正确，即判断控制单板是否发生故障；

步骤504：如果硬件故障，则送出系统故障信号，不运行该控制软件；

步骤505：读取双口RAM系统区的系统配置和参数信息；如果校验正确，更新本板上自己保存的系统配置和参数信息。检测背板仲裁器送来的选通信号，判断本板是否为选通板，若选通则进行步骤506，否则进行步骤507；

步骤506：拥有控制权的选通板，同步更新自己保存的系统信息和双口RAM系统区，即完成对系统区的写操作，转至步骤508；

步骤507：未获控制权的控制板只能读双口RAM系统区操作，转至步骤508；

步骤508：主从控制板分别读写双口RAM的数据区信息，并且校验、同步更新到本板上；主板读写第二数据区；从板读写第三数据区；

步骤509：运行业务代码，即进行监测和控制操作；

步骤510：读取双口RAM中第二、三数据区，并进行分析、比较判断两个单板是否正常；

步骤511：判断本控制单板是否正常，正常则转至步骤512，否则至步骤513；

步骤512：若判断本控制单板正常，则送出系统正常OK信号；

步骤513：若判断本控制单板不正常，则送出系统错误ERROR信号；

步骤514：进一步检测本单板是否主板，若是，则转至步骤515，否则转至步骤516；

步骤515：若本单板为主板，则送出周期运行RUN信号，返回至步骤505；

步骤516：若本单板不为主板，即判断本单板是从板，则检测另一块板(即主板)是否正常；如果有故障，则转至步骤515，本从板送出周期运行RUN信号(向仲裁器申请控制权)，转至步骤505；如果未发现故障，则直接返回步骤505，无限循环运行。

通过硬件和软件的配合，应用本发明的技术方案就实现了电源监控单板，尤其是监控单板的热插拔和热备份。这种方案，解决了目前通信电源监控单元中监控可靠性不足的缺点；实现了热插拔和热备份，方便维护人员维修和更换单板而不影响系统的正常运行，解决了现有监控单元无法实现永不停机的高稳定运作，满足无人值守、高端/军事用户高可靠技术要求的问题。

本文所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进以及更新等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种电源监控装置，其特征在于，包括背板、以及分别通过连接器插接到所述背板上的第一电源板、第二电源板、主控板、从控板，其中：

所述第一、第二电源板以并联均流热备份方式为所述电源监控装置供电，在其中一块电源板发生故障时，另一块电源板继续工作；

所述主控板和所述从控板是以互为主从的主从备份方式工作的相同控制单板，用于控制所述电源监控装置；

所述背板用于对所述主控板和所述从控板的高速数据以及电源监控装置的系统信息进行保存和交换，并根据所述主控板和所述从控板上报的状态信号实现对两者之一的选通，由被选通的主控板或从控板拥有监控系统的控制权；

所述主控板和从控板分别具有三个互相通信的状态信号，即在位信号EXT、系统正常信号OK和运行信号RUN，每一控制单板将自身的所述三个信号送给对方及背板，并同时检测对方的所述三个信号；

所述背板进一步包括一个仲裁器，用于检测通过连接器与所述仲裁器相连的主控板和从控板的状态信号，在检测到从控板的在位信号SLAVE_EXT、系统正常信号SLAVE_OK和运行信号SLAVE_RUN同时有效后，选通所述从控板，并发出选通控制信号通知整个电源监控系统该从控板获得了控制权。

2.如权利要求1所述的电源监控装置，其特征在于，所述电源监控装置进一步包括通过连接器插接到所述背板上的显示板，用于在所述主控板或从控板控制下实现人机交互功能。

3.如权利要求1或2所述的电源监控装置，其特征在于，所述连接器是支持热插拔的连接器。

4.如权利要求1所述的电源监控装置，其特征在于，所述主控板或从控板在插接到背板上时，根据所述背板的主从信号获知本板插入的槽位是主控板还是从控板。

5.如权利要求4所述的电源监控装置，其特征在于，所述背板上的所述仲裁器，用于检测通过连接器与所述仲裁器相连的主控板和从控板的状态信号，在检测到从控板的在位信号SLAVE_EXT、系统正常信号SLAVE_OK和运行信号SLAVE_RUN为非同时有效时，选通所述主控板，并发出选通控制信号通知整个电源监控系统该主控板获得了控制权。

6.如权利要求5所述的电源监控装置，其特征在于，所述背板，还包括一个分别通过连接器与主控板和从控板相连的双口RAM，该双口RAM存贮空间的分为：

系统区，用于存贮当前系统的配置、参数、控制信息；

主控板信息存贮区，用于存贮主控板的输入采集信息、状态、告警、以及控制输出信息；

从控板信息存贮区，用于存贮从控板的输入采集信息、状态、告警、以及控制输出信息。

7.如权利要求6所述的电源监控装置，其特征在于，所述主控板和所述从控板均能访问通过所述连接器相连的所述双口RAM的全部地址空间：

当所述主控板或所述从控板启动后，读取背板上的双口RAM系统区，若系统信息正确，则以双口RAM系统区数据为准，否则，以自身控制单板上的数据为准，启动后送出在位信号EXT；

当所述主控板或所述从控板运行时，读取所述主控板信息存贮区和所述从控板信息存贮区的信息，若判断自身一切正常且对方控制单板有误时，送出系统正常信号OK至对方控制单板及所述仲裁器，并启动运行信号RUN并通知给仲裁器以申请控制权。

8.如权利要求1所述的电源监控装置，其特征在于，所述主控板和所述从控板上具有掉电保存的存贮器，用以保存自身控制单板上的配置和参数、控制信息。

9.如权利要求5所述的电源监控装置，其特征在于，所述背板还具有一个连接于所述仲裁器和电源设备之间的输出锁存器，用于对控制输出信号进行锁存，所述仲裁器在主控板或从控板中选通一个控制单板后，将选通的控制单板的所有信号线送往显示板，同时还驱动与通信设备相连的输出锁存器对所述信号线上的信号进行锁存输出。

10.如权利要求5所述的电源监控装置，其特征在于，所述背板与所述主控板或从控板的连接器还具有保护电路和隔离驱动电路，用于将输入的所有信号加上必要的保护电路后，通过隔离驱动电路，同时送往两块控制单板。

11.如权利要求6或9所述的电源监控装置，其特征在于，所述背板还包括一个分别输出至双口RAM和输出锁存器的内部电源，所述内部电源包括并联连接的第一电池、第二电池、和外电源，以三路并联方式向所述双口RAM和所述输出锁存器供电。

12.如权利要求6所述的电源监控装置，其特征在于，所述背板还包括连接于所述双口RAM和所述主控板或从控板之间的NVRAM控制器，用于保证电源波动或者异常的情况下双口RAM中数据的稳定。

13.一种电源监控装置中的单板热备份的实现方法，包括如下步骤：

控制单板插入背板后进行初始化和自检，并对系统配置及参数信息进行校验；

检测该控制单板是主控板还是从控板，若为主控板则向背板和从控板送出系统主控板正常的“MAST_OK”信号，并定时送出运行信号“MAST_RUN”，主控板定期监控系统并对其得到的监测和控制信息与从控板定期监控系统得到的监测和控制信息进行比对，若主控板出现系统故障，则发送主控板系统故障的“MAST_ERROR”信号通知从控板；

所述从控板定期监控系统，并对其得到的监测和控制信息与主控板定期监控系统得到的监测和控制信息进行比对，若从控板出现系统故障，则发出从控板系统故障的“SLAVE_ERROR”信号；否则，送出从控板正常的“SLAVE_OK”信号；若从控板检测本板正常且收到主控板系统故障的“MAST_ERROR”信号，则向背板和主控板定时发送运行信号“SLAVE_RUN”，申请主控权；

背板上的仲裁器如果检测到从控板的在位信号“SLAVE_EXT”、系统正常信号“SLAVE_OK”和运行信号“SLAVE_RUN”同时有效后，则发出选通控制信号，通知整个系统从控板获得控制权。

14.如权利要求13所述的单板热备份的实现方法，其特征在于，

所述控制单板插入背板后进行初始化和自检时，判断控制单板是否存在故障；如有故障，则向背板和另一块控制单板发出故障信号；

所述控制单板在初始化和自检通过后，先从双口RAM系统区取出系统配置和参数信息，进行必要的校验以判断所述系统配置和参数信息是否正确：

如果校验判断认为所述系统配置和参数信息正确，则把所述系统配置和参数信息更新到控制单板内并且保存；

如果校验判断认为所述系统配置和参数信息错误，则由控制单板内部存贮器读取自身保存的系统配置和参数信息；经过相同的校验后，对双口RAM系统区进行更新。

15.如权利要求14所述的单板热备份的实现方法，其特征在于，

所述双口RAM，位于背板上，该双口RAM的存贮空间包括：

系统区，用于存贮当前系统的配置、参数、控制信息；

主控板信息存贮区，用于存贮主控板的输入采集信息、状态、告警、以及控制输出信息；

从控板信息存贮区，用于存贮从控板的输入采集信息、状态、告警、以及控制输出信息。

16.如权利要求15所述的单板热备份的实现方法，其特征在于，

所述主控板或从控板定期监控系统并对监测和控制信息进行比对的步骤，是主控板或从控板定期读取双口RAM系统区，根据读取到的配置和参数信息，对系统进行监测和控制；并把监测和控制信息保存到主控板信息存贮区或从控板信息存贮区，进行比对是，定期读取两个信息存贮区的信息进行比对。

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