CN101510081A - 一种冗余切换控制电路及方法 - Google Patents

Abstract

一种冗余切换控制电路及方法。一种冗余切换控制方法实施例，CPU1与CPU2采用热备冗余配置方式，CPU1处于工作状态，CPU2处于备用状态，当处于工作状态的CPU1出现故障时，该方法包括：CPU1输出切换请求信号至CPU2；CPU2接收切换请求信号，将CPU2的第一引脚置为正逻辑，检测CPU2的第一引脚，将CPU2的状态由备用状态切换为工作状态，将CPU2的第二引脚置为负逻辑，输出切换请求信号至CPU1；CPU1接收切换请求信号，将CPU1的第一引脚置为负逻辑，检测CPU1的第一引脚，将CPU1的状态由工作状态切换为备用状态。本发明实施例使得冗余切换控制电路的误切换概率降低，可靠性提高。

Description

一种冗余切换控制电路及方法

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种冗余切换控制电路及方法。

背景技术

在工业自动化领域中，为了提高系统的可靠性，一些系统中的关键单元(或子系统)通常采用工作、备用热备份的冗余配置方式，这种冗余配置方式也称为热备冗余配置。热备冗余配置中，将两个单元都设置于运行状态，并将其中一个单元设置为工作状态，另一个单元设置为备用状态。当工作状态的单元出现故障时，系统进行工作/备用状态的切换，将出现故障的处于工作状态的单元切换为备用状态，而将故障等级较低的备用状态的单元切换为工作状态，从而实现有故障工作状态的单元的切换，进而才能保证有正常工作状态的单元为系统提供功能。有些情况下，还需要根据用户的需要进行手动切换。

进行工作状态的单元的切换，一般需要由冗余切换控制电路来实现。现有的冗余切换控制电路常采用由逻辑电路(例如“与非”逻辑电路)搭建的双稳态触发器形式，通过触发器实现工作/备用状态的切换。构成现有冗余切换控制电路的触发器的两个逻辑电路分别处在两个冗余单元中，依靠两个单元之间的互联线实现触发器的互锁逻辑。由于工业现场存在着环境复杂、干扰源多、干扰强度大等不利因素，很容易使得互连线上感应出超过门限电平的干扰，从而引发触发器状态翻转，由于触发器特有的“记忆”效应，干扰消除后也错误状态被保持，使得触发器因受到干扰而导致误切换。

从上面可以看出，现有的采用触发器形式的冗余切换控制电路因受到干扰而使触发器状态翻转且错误状态被保持，干扰越大导致误切换的概率也越大，可靠性降低。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种冗余切换控制电路及方法，使得冗余切换控制电路的误切换概率降低，可靠性提高。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种冗余切换电路及方法是这样实现的：

一种冗余切换控制电路，包括两个互为热备冗余的中央处理器CPU1和CPU2，

CPU1的第一引脚用于CPU1检测CPU1的工作/备用状态；CPU1的第二引脚用于输出切换请求信号，用于CPU1控制CPU2的工作/备用状态；

CPU2的第一引脚用于CPU2检测CPU2的工作/备用状态；CPU2的第二引脚用于输出切换请求信号，用于CPU2控制CPU1的工作/备用状态；

CPU1的第二引脚连接CPU2的第一引脚，CPU2的第二引脚连接CPU1的第一引脚。

优选地，所述电路中，所述CPU1和CPU2的第一引脚和第二引脚上连接上拉电阻。

一种冗余切换控制方法，所述方法应用于上述的电路，CPU1处于工作状态，CPU2处于备用状态，

当处于工作状态的CPU1出现故障时，该方法包括：

CPU1输出切换请求信号至CPU2；

CPU2接收所述切换请求信号，将所述CPU2的第一引脚置为正逻辑，检测所述CPU2的第一引脚，将CPU2的状态由备用状态切换为工作状态，将所述CPU2的第二引脚置为负逻辑，输出切换请求信号至CPU1；

CPU1接收所述切换请求信号，将所述CPU1的第一引脚置为负逻辑，检测所述CPU1的第一引脚，将CPU1的状态由工作状态切换为备用状态。

优选地，所述方法中，所述切换请求信号由处于工作状态的中央处理器发送。

优选地，所述方法中，所述切换请求信号包括切换请求脉冲信号。

优选地，所述方法中，所述方法进一步包括CPU1和CPU2的初始化方法，包括：

CPU1和CPU2同时上电或热复位，CPU1默认为处于备用状态，CPU2也默认为处于备用状态；

CPU2检测所述CPU2的第一引脚的时间比CPU1检测所述CPU1的第一引脚的时间延迟预定时间，确定CPU1处于工作状态，CPU2处于备用状态。

优选地，所述方法中，所述方法进一步包括CPU1和CPU2的初始化方法，包括：

CPU1先上电或热复位，CPU1默认为处于备用状态；

CPU1工作稳定后，CPU1检测所述CPU1的第一引脚，确定CPU1处于工作状态；

CPU2后上电或热复位，CPU2默认为处于备用状态；

CPU2工作稳定后，CPU2检测所述CPU2的第一引脚，确定CPU2处于备用状态。

优选地，所述方法中，所述检测所述CPU2的第一引脚的时间为CPU2的一条机器指令时间。

优选地，所述方法中，所述检测所述CPU1的第一引脚的时间为CPU1的一条机器指令时间。

优选地，所述方法中，所述检测所述CPU2的第一引脚的时间为CPU2的至少两条机器指令时间，所述检测所述CPU1的第一引脚的时间为CPU1的至少两条机器指令时间。

由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明电路实施例不再采用现有技术中的“与非”逻辑电路构成的触发器来实现冗余切换控制，而是通过直接检测对方CPU的输出信号来实现工作/备用状态的判断，从而实现冗余切换控制，由于取消了原有两个CPU之间的触发器，两设备间冗余互联线上受干扰后，互联线上的干扰状态不被记忆，CPU可以在第一引脚上读出正确的状态而不会导致误切换，从而降低了误切换概率，可靠性提高。本发明电路实施例由于取消了触发器，相比现有冗余切换控制电路，在完成相同功能条件下，电路更简单，也提高了可靠性。

本发明方法实施例应用于所述本发明电路实施例，当处于工作状态的CPU1出现故障时，CPU1输出切换请求信号至CPU2；CPU2接收切换请求信号，将CPU2的第一引脚置为正逻辑，检测CPU2的第一引脚，将CPU2的状态由备用状态切换为工作状态，将CPU2的第二引脚置为负逻辑，输出切换请求信号至CPU1；CPU1接收切换请求信号，将CPU1的第一引脚置为负逻辑，检测CPU1的第一引脚，将CPU1的状态由工作状态切换为备用状态。本发明方法实施例是通过直接检测对方CPU的输出信号来实现工作/备用状态的判断，不再采用现有技术中的“与非”逻辑电路构成的触发器形式，取消了原有两个CPU之间的触发器，两设备间冗余互联线上受干扰后，互联线上的干扰状态不被记忆，CPU可以在第一引脚上读出正确的状态而不会导致误切换，从而降低了误切换概率，可靠性提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅表明本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1是本发明实施例提供的冗余切换控制电路示意图；

图2是本发明实施例提供的冗余切换控制方法流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种冗余切换控制电路及方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

以下介绍本发明实施例提供的冗余切换控制的一电路实施例，所述冗余切换控制电路包括两个互为热备冗余的中央处理器CPU1和CPU2，图1示出了该实施例的示意图，如图1所示，

CPU1的第一引脚用于CPU1检测CPU1的工作/备用状态；CPU1的第二引脚用于输出切换请求信号，用于CPU1控制CPU2的工作/备用状态；

CPU2的第一引脚用于CPU2检测CPU2的工作/备用状态；CPU2的第二引脚用于输出切换请求信号，用于CPU2控制CPU1的工作/备用状态；

CPU1的第二引脚连接CPU2的第一引脚，CPU2的第二引脚连接CPU1的第一引脚。

CPU1和CPU2的第一引脚和第二引脚上都连接有上拉电阻。所述上拉电阻能将引脚的电平稳定在预定的高电平上，可以防止复位时引起的不稳定。

本发明实施例提供的冗余切换控制电路代替了现有技术中由“与非”逻辑电路组成的触发器，工作/备用状态切换控制由中央处理器CPU的软件来完成，电路实现简单。

本发明实施例不再采用现有技术中的“与非”逻辑电路构成的触发器来实现冗余切换控制，而是通过直接检测对方CPU的第二引脚上的输出信号来实现工作/备用状态的判断，从而实现冗余切换控制，由于取消了原有两个CPU之间的触发器，两CPU设备间冗余互联线上受干扰后，互联线上的干扰状态不被记忆，CPU可以在第一引脚上读出正确的状态而不会导致误切换，从而降低了误切换概率，可靠性提高。本发明电路实施例由于取消了触发器，相比现有冗余切换控制电路，在完成相同功能条件下，电路更简单，也提高了可靠性。

以下介绍本发明实施例提供的冗余切换控制的一方法实施例，所述方法实施例应用于所述冗余切换控制电路中。

本发明实施例中CPU1对应单元A，CPU2对应单元B。CPU1和CPU2采用热备冗余配置方式，即单元A和单元B采用热备冗余配置方式，所述热备冗余配置的单元A和单元B都处于运行状态，单元A和单元B中一个单元处于工作状态，作为工作单元，另一个单元处于备用状态，作为备用单元。为了下文描述方便，假设单元A处于工作状态，单元B处于备用状态，即单元A的CPU1处于工作状态，单元B的CPU2处于备用状态。

为了下文描述方便，CPU1的第二引脚用WSCON1表示，用于输出切换请求信号，控制CPU2的工作/备用状态；CPU1的第一引脚用ACTIVE1表示，用于CPU1工作/备用状态的检测；CPU2的第二引脚用WSCON2表示，用于输出切换请求信号，控制CPU1的工作/备用状态；CPU2的第一引脚用ACTIVE2表示，用于CPU2工作/备用状态的检测。

本发明实施例提供的冗余切换控制方法中工作/备用状态的检测与切换由单元A的CPU1和单元B的CPU2中的软件来实现。

图2示出了所述冗余切换控制的方法实施例的流程图，当处于工作状态的单元A的CPU1出现故障时，所述方法实施例包括：

S201：CPU1的WSCON1输出切换请求信号至CPU2的ACTIVE2。

当处于工作状态的单元A的CPU1出现故障时，CPU1置WSCON1为高电平，即WSCON1的逻辑为1，为正逻辑；CPU1的WSCON1输出正逻辑切换请求信号至CPU2的ACTIVE2。

所述切换请求信号包括切换请求脉冲信号。

S202：CPU2的ACTIVE2接收所述切换请求信号，所述ACTIVE2置为正逻辑。

S203：CPU2检测所述ACTIVE2，将CPU2的状态由备用状态切换为工作状态。

由S202可知所述ACTIVE2为正逻辑，CPU2检测所述ACTIVE2为正逻辑，CPU2将自身状态由原来的备用状态切换为工作状态。

所述CPU2检测所述ACTIVE2的时间可以为一条CPU读指令时间，也可以为至少两条CPU读指令时间，其中，所述一条CPU读指令时间为CPU的一条机器指令时间，不同CPU的一条机器指令时间也不同。

S204：CPU2的WSCON2置为负逻辑，输出切换请求信号至CPU1的ACTIVE1。

CPU2将自身状态由原来的备用状态切换为工作状态后，CPU2置WSCON2为低电平，即置WSCON2的逻辑为0，为负逻辑；CPU2输出负逻辑切换请求信号至CPU1的ACTIVE1。

所述CPU2输出的切换请求信号包括切换请求脉冲信号。

S205：CPU1的ACTIVE1接收所述切换请求信号，所述ACTIVE1置为负逻辑。

S206：CPU1检测所述ACTIVE1，将CPU1的状态由工作状态切换为备用状态。

由S205可知所述ACTIVE1为负逻辑，CPU1检测到所述ACTIVE1为负逻辑，CPU1将自身状态由工作状态切换为备用状态。

所述CPU1检测所述ACTIVE1的时间为一条CPU读指令时间，也可以为至少两条CPU读指令时间，其中所述一条CPU读指令时间为CPU的一条机器指令时间，不同CPU的一条机器指令时间也不同。

所述切换请求信号由处于工作状态的单元发送。

上述冗余切换控制过程中，单元A和单元B的切换是异步的。当单元A的WSCON1置为高电平后，尽管单元B的ACTIVE2已经有了相应的变化，但此时单元B可能由于在执行其他程序还没有去检测ACTIVE2，所以单元B仍维持以前的备用状态；而单元A尽管输出了切换请求信号，但由于单元B没有响应，所以单元A也维持以前的工作状态，直到单元B响应了单元A的切换请求，即单元B先将自身切换为工作单元，然后单元B通过WSCON2向单元A报告单元B已进行了切换；单元A检测ACTIVE1，得知单元B已经完成了切换，从而将自身置为备用单元，完成冗余切换过程。

从上面可以看出，即使采用热备冗余配置的CPU1和CPU2之间的切换信号线受到过较强的干扰，但与触发器结构的冗余切换电路相比，干扰不会被记忆，CPU可以在第一引脚检测到正确的状态，从而不会导致误切换，降低了误切换概率，可靠性提高。

本发明实施例提供的冗余切换控制方法进一步包括单元A和单元B的初始化方法，即CPU1和CPU2的初始化方法。单元A和单元B的初始化包括：单元A先上电或热复位，单元B再上电或热复位的情况和单元A、单元B同时上电或热复位的情况。

下面描述单元A先上电或热复位，单元B再上电或热复位的情况，即CPU1先上电或热复位，CPU2再上电或热复位：

CPU1先上电或热复位，CPU1默认为处于备用状态；

CPU1工作稳定后，由于CPU1的ACTIVE1上存在上拉电阻，CPU1置ACTIVE1的电平为高电平；

检测到所述CPU1的ACTIVE1为高电平，确定单元A的CPU1处于工作状态，通过WSCON1输出低电平至CPU2的ACTIVE2；

CPU2后上电或热复位，CPU2也默认为处于备用状态；

CPU2工作稳定后，CPU2检测所述CPU2的ACTIVE2，确定单元B的CPU2处于备用状态，从而继续将自身设置为备用状态，输出高电平至CPU1。

下面描述单元A和单元B同时上电或热复位的情况，即CPU1和CPU2同时上电或热复位：

CPU1和CPU2同时上电或热复位，CPU1默认为处于备用状态，CPU2也默认为处于备用状态；

当两个互为热备冗余的单元同时上电或热复位时，可以对预定单元在初始化时延时预定时间再进行工作/备用状态的检测，从而确定两个互为热备冗余的单元的工作/备用状态。这样就减少了同时上电或热复位时两个互为热备冗余单元之间竞争冲突的次数，错开了两个单元的检测时间。

针对单元A和单元B，可以在初始化时让单元B的CPU2相比较单元A的CPU1而言延时检测；由于CPU2在初始化时延时检测，CPU1由于ACTIVE1上存在上拉电阻，CPU1的ACTIVE1为高电平，从而确定单元A的CPU1进入工作状态，从而单元B的CPU2进入备用状态。

本发明实施例通过中央处理器CPU的软件功能，保证两个互为热备冗余单元同时上电或热复位时，可以通过竞争，使得两个单元处于互斥的工作/备用状态，完成两个互为热备冗余单元同时上电时，工作/备用状态的确立。

两个互为冗余单元的初始化过程的C代码如下：

If(initial＝＝1)//如果刚启动

{

   Work_state＝0；//标志自身为备用状态

   WSCON＝1；

   If(side＝＝1)delay(5)；//预定单元延迟检测以减少竞争冲突机会

   Initial＝0；//标志端口初始化结束

}

do//软件实现的互斥过程

{

  ACTIVE＝Read_PIO_ACTIVE()；//检测ACTIVE端口电平状态

  If(ACTIVE＝＝1)//检测ACTIVE，使WSCON状态与ACTIVE状态互

斥

  {

     Work_state＝1；//根据ACTIVE状态标志自身为工作状态

     WSCON＝0；//将对方置为备用单元

  }

  else

  {

     Work_state＝0；//根据ACTIVE状态标志自身为备用状态

     WSCON＝1；//请求对方为工作单元

}

}While(ACTIVE＝＝WSCON)//电平相等，状态竞争未结束

从上面的代码可以看出，热备冗余单元在上电或热复位后，先初始化相关端口，并先默认自身为备用状态。对于预定单元延迟检测以减少竞争冲突机会。先进行检测的单元由于WSCON上存在上拉电阻，WSCON的逻辑为1，判断自身为工作单元，同时通过ACTIVE输出低电平，请求对方单元更改为备用单元。如果对方单元已经启动初始化完毕，那么对方的WSCON线是拉低的，也就是说本单元的ACTIVE是被拉低的，那么本单元在初始化完成后仍然为备用单元，即后上电的单元不影响已上电初始化完毕的单元。初始化后的状态一直维持到下次工作备用检测的时刻，并在下次检测结束后，相应更改自身工作/备用状态以及WSCON电平。这样就算是两个单元同时复位，经过竞争，总能分出工作和备用状态。

上述冗余切换控制过程和初始化过程由中央处理器CPU软件来实现，通过CPU间端口协调完成。

两个互为冗余的单元同时上电或热复位时，由于互为冗余的单元的硬件参数不可能完全一致，必然有一个单元先进入工作状态，则另一个单元就处于备用状态。

本发明实施例是通过直接检测对方CPU的第二引脚上的输出信号来实现工作/备用状态的判断，不再采用现有技术中的“与非”逻辑电路构成的触发器形式，取消了原有两个CPU之间的触发器，两CPU设备间冗余互联线上受干扰后，互联线上的干扰状态不被记忆，CPU可以在第一引脚上读出正确的状态而不会导致误切换，从而降低了误切换概率，可靠性提高。

本发明实施例应用于自动控制领域中冗余配置的现场设备、单元以及系统中，也可以应用于其他领域中类似的冗余配置系统中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1、一种冗余切换控制电路，包括两个互为热备冗余的中央处理器CPU1和CPU2，其特征在于，

CPU1的第一引脚用于CPU1检测CPU1的工作/备用状态；CPU1的第二引脚用于输出切换请求信号，用于CPU1控制CPU2的工作/备用状态；

CPU2的第一引脚用于CPU2检测CPU2的工作/备用状态；CPU2的第二引脚用于输出切换请求信号，用于CPU2控制CPU1的工作/备用状态；

CPU1的第二引脚连接CPU2的第一引脚，CPU2的第二引脚连接CPU1的第一引脚。

2、根据权利要求1所述的冗余切换控制电路，其特征在于，所述CPU1和CPU2的第一引脚和第二引脚上连接上拉电阻。

3、一种冗余切换控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1所述的电路，CPU1处于工作状态，CPU2处于备用状态，

当处于工作状态的CPU1出现故障时，该方法包括：

CPU1输出切换请求信号至CPU2；

CPU2接收所述切换请求信号，将所述CPU2的第一引脚置为正逻辑，检测所述CPU2的第一引脚，将CPU2的状态由备用状态切换为工作状态，将所述CPU2的第二引脚置为负逻辑，输出切换请求信号至CPU1；

CPU1接收所述切换请求信号，将所述CPU1的第一引脚置为负逻辑，检测所述CPU1的第一引脚，将CPU1的状态由工作状态切换为备用状态。

4、根据权利要求3所述的冗余切换控制方法，其特征在于，所述切换请求信号由处于工作状态的中央处理器发送。

5、根据权利要求3所述的冗余切换控制方法，其特征在于，所述切换请求信号包括切换请求脉冲信号。

6、根据权利要求3所述的冗余切换控制方法，其特征在于，所述方法进一步包括CPU1和CPU2的初始化方法，包括：

CPU1和CPU2同时上电或热复位，CPU1默认为处于备用状态，CPU2也默认为处于备用状态；

CPU2检测所述CPU2的第一引脚的时间比CPU1检测所述CPU1的第一引脚的时间延迟预定时间，确定CPU1处于工作状态，CPU2处于备用状态。

7、根据权利要求3所述的冗余切换控制方法，其特征在于，所述方法进一步包括CPU1和CPU2的初始化方法，包括：

CPU1先上电或热复位，CPU1默认为处于备用状态；

CPU1工作稳定后，CPU1检测所述CPU1的第一引脚，确定CPU1处于工作状态；

CPU2后上电或热复位，CPU2默认为处于备用状态；

CPU2工作稳定后，CPU2检测所述CPU2的第一引脚，确定CPU2处于备用状态。

8、根据权利要求3-7任一项所述的冗余切换控制方法，其特征在于，所述检测所述CPU2的第一引脚的时间为CPU2的一条机器指令时间。

9、根据权利要求3-7任一项所述的冗余切换控制方法，其特征在于，所述检测所述CPU1的第一引脚的时间为CPU1的一条机器指令时间。

10、根据权利要求3-7任一项所述的冗余切换控制方法，其特征在于，所述检测所述CPU2的第一引脚的时间为CPU2的至少两条机器指令时间，所述检测所述CPU1的第一引脚的时间为CPU1的至少两条机器指令时间。

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