CN101808091A - 一种支持数据协议保护的控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持数据协议保护的控制方法，具体包括：主备仲裁单元检查主CPU是否需要进行主备倒换：如不需要倒换，检查主CPU运行是否正常，当正常时，指示主CPU运行协议，否则检查从CPU运行状态；如需要倒换，检查从CPU的运行状态；主备仲裁单元检查从CPU的运行是否正常，当正常时，指示从CPU运行协议，否则返回重新检查主CPU是否需要进行主备倒换，并发送从CPU不可用告警；本发明还公开了一种支持数据协议保护的控制系统，基于本发明的方法和系统，保证了重要协议运行不会出现长时间中断，提高了系统设备工作的稳定性。

Description

一种支持数据协议保护的控制方法和系统

技术领域

本发明涉及数据通信协议保护领域，特别是指一种支持数据协议保护的控制方法和系统。

背景技术

在数据通信系统中，协议是数据传送、调制和解调的基础。在很多设备中都利用CPU来运行一些协议，例如：以太网交换机在MAC层可能使用路由功能，目前普遍使用的MAC层路由方式是利用IEEE802.1协议标准生成树算法，也就是在以太网交换机中生成树协议。

在实际运行中，所述协议(例如：以太网生成树协议)需要进行较好的实时处理，一旦在一定时间内协议停止运行将会导致数据通信系统的数据流中断。目前所采用的系统结构中，协议运行和运算控制都是由一个CPU完成。当设备需要升级软件导致CPU必须停止运行一段时间，或者由于外界原因导致CPU复位，此时CPU运行的协议将会中断运行一段时间，这种情况会导致数据通信系统的业务中断，影响设备运行的稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种支持数据协议保护的控制方法和系统，可以保证协议运行不会出现长时间的中断，提高设备运行的稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种支持数据协议保护的控制方法，所述方法包括：

主备仲裁单元判断主CPU进行主备倒换的形式：

如果主CPU需要收回协议运行权，则指示主CPU运行协议，从CPU备份相关协议信息；

如果主CPU需要交出协议运行权，则指示从CPU运行协议。

其中，所述主备仲裁单元判断主CPU进行主备倒换的形式之前，还包括：

主CPU检查协议运行状态，如果由主CPU运行协议，则由主CPU检查从CPU是否正常，如果由从CPU运行协议，主CPU则收回协议运行权；

如果从CPU正常，则主CPU检查是否需要主备倒换，否则返回重新检查协议运行状态；

如果需要主备倒换，主CPU则交出协议运行权，否则正常发送主心跳信号。

其中，所述由主CPU检查从CPU是否正常，具体是主CPU通过和主从备份单元进行信息交互，判断从CPU工作是否正常；和/或，

主CPU则收回协议运行权之前，还包括：主CPU检查自身运行是否正常，如果正常则收回协议运行权，否则返回由主CPU重新检查协议运行状态。

其中，所述主CPU需要交出协议运行权的情况，还包括：主CPU运行协议过程中，主备仲裁单元没有检测到主心跳信号。

其中，所述指示主CPU运行协议之前，还包括：

如果主CPU需要收回协议运行权，检查主CPU运行是否正常，在正常的情况下，指示主CPU运行协议，从CPU备份相关协议信息，否则检查从CPU运行状态，如果从CPU运行正常，指示从CPU运行协议，否则返回重新判断主CPU进行主备倒换的形式，并发送从CPU不可用告警。

其中，所述指示从CPU运行协议之前，还包括：

主备仲裁单元检查从CPU的运行是否正常，在正常的情况下，指示从CPU运行协议，否则返回重新判断主CPU进行主备倒换的形式，并发送从CPU不可用告警。

其中，所述指示主CPU或从CPU运行协议，具体是通过主备仲裁单元发送给主CPU或从CPU的指示信号主CPU运行状态(master_on)或指示信号从CPU运行状态(slave_on)实现的；和/或，

所述主备仲裁单元判断主CPU进行主备倒换的形式，具体是通过检查主CPU发送给所述主备仲裁单元的指示信号主CPU切换(cpu_down)实现的。

本发明还提供了一种支持数据协议保护的控制系统，所述系统包括：主CPU、从CPU、主备仲裁单元和主从备份单元，其中，

所述主CPU，用于运行协议和软件；

所述从CPU，用于通过主从备份单元同步备份一些重要的相关协议，并在主CPU不能运行时，运行所述协议；

所述主备仲裁单元，用于对当前状态进行仲裁，决定由主CPU或从CPU运行相关协议；

所述主从备份单元，用于相关协议信息的存储备份。

其中，所述主备仲裁单元中，还包括：主备倒换判断子单元、心跳检查子单元、倒换指示发送子单元、和告警子单元，其中，

所述主备倒换判断子单元，用于判断主CPU发送的指示信号，并且发送指令给心跳检查子单元；

所述心跳检查子单元，用于执行所述主备倒换判断子单元的指令检查，并且实时检测主心跳信号，和/或从心跳信号，将结果发送给倒换指示发送子单元；

所述倒换指示发送子单元，用于分析心跳检查子单元的结果，分别向主CPU和从CPU发送指示信号；

所述告警子单元，用于接收并显示倒换指示发送子单元的告警信号。

其中，所述主CPU中，还包括：主CPU状态检查子单元、从CPU状态判断子单元和主CPU倒换发起子单元，其中，

所述主CPU状态检查子单元，用于检查主CPU的工作状态，根据主CPU的工作状态向从CPU状态判断子单元和主CPU倒换发起子单元发送指令；

所述从CPU状态判断子单元，用于接收所述主CPU状态检查子单元的指令后，通过主从备份单元判断从CPU工作状态是否正常，并向主CPU倒换发起子单元发送指令或返回主CPU状态检查子单元重新检查；

所述主CPU倒换发起子单元，用于接收主CPU状态检查子单元和CPU状态判断子单元的指令，判断现在是否需要进行主备倒换，并发送指示信号、和/或主心跳信号，通知主备倒换判断子单元进行倒换。

本发明提供的支持数据协议保护的控制方法和系统，在设备中提供一个主CPU和一个从CPU，主CPU负责运行所有的协议和其他软件，当主CPU需要升级软件或者由于外界原因导致CPU复位等情况时，通过主备仲裁单元执行倒换使用从CPU负责重要的相关协议的运行，保证了重要协议运行不会出现长时间中断，提高了系统设备工作的稳定性。

附图说明

图1为本发明支持数据协议保护的控制系统的基本结构图；

图2为本发明主备仲裁单元控制主备倒换的方法流程图；

图3为本发明通过主CPU主动控制主备倒换的方法流程图；

图4为本发明支持数据协议保护的控制系统结构示意图；

图5为本发明通过主CPU主动控制主备倒换的系统结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，先介绍一下本发明的基本结构，如图1所示，所述结构包括：主CPU 101，用于运行所有需要的协议和其他软件；从CPU 102，用于同步备份一些重要的相关协议，以保证在主CPU 101不能运行时，运行相关协议，从CPU 102对整个设备的控制能力弱于主CPU 101，因此在从CPU 102上只运行影响业务运行的协议；主备仲裁单元103，用于对当前状态进行仲裁，决定由哪个CPU运行相关协议；主从备份单元104，用于相关协议信息的存储备份，当主CPU正常运行时，所述相关协议信息由主CPU写入，从CPU读取进行备份；当主CPU异常时，所述相关协议信息由从CPU写入，目的是主CPU收回协议运行权时可获取备份的相关协议信息。

具体的，主CPU 101向主备仲裁单元103提供倒换指示信号cpu_down(主CPU切换)和主心跳信号。其中，当cpu_down为“1”时，表示主CPU 101要主动交出协议运行权给从CPU 102；当cpu_down为“0”时，表示主CPU 101要从从CPU 102收回协议运行权。主心跳信号是一种均匀持续的信号，启动时表示主CPU 101运行正常，消失时表示主CPU 101不能正常运行。

从CPU 102向主备仲裁单元103提供从心跳信号。从心跳信号是一种均匀持续的信号，启动时表示从CPU 102运行正常，消失时表示从CPU 102不能正常运行。

主备仲裁单元103分别输出指示信号master_on(主CPU运行状态)给主CPU 101；指示信号slave_on(从CPU运行状态)给从CPU 102。两个指示信号相反，当master_on为“1”、slave_on为“0”时，表示由主CPU 101运行相关协议；当master_on为“0”、slave_on为“1”时，表示由从CPU 102运行相关协议。

在实际运用中，选择可编辑逻辑器件作为主备仲裁单元的芯片，它获取两个CPU的状态信息进行仲裁，决定当前的协议运行权的归属。同时，在其内部实现一个大容量的双端口RAM(Random Access Memory，随机存储器)作为主从备份单元，分别与主从CPU相连。主从CPU还需要通过二层交换芯片作为数据处理单元来完成协议的运行。可编辑逻辑器件根据主从CPU的状态来决定当前由哪个CPU运行相关协议，当主CPU需要更新软件或者突发异常时，协议的运行权将会移交给从CPU继续控制这个交换芯片；当主CPU恢复正常后通过仲裁机制可以将协议运行权收回，从而实现了数据处理不中断，不受CPU的影响，大大提高设备的稳定性。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。

图2所示为本发明主备仲裁单元控制主备倒换的方法流程图，如图2所示，具体步骤为：

步骤201，主备仲裁单元判断主CPU进行主备倒换的形式，如果主CPU需要交出协议运行权，则执行步骤204，如果主CPU需要收回协议运行权则执行步骤202；

具体的，主备仲裁单元检查主CPU的指示信号cpu_down，当指示信号cpu_down为“1”时，表示主CPU要主动交出协议运行权给从CPU；当指示信号cpu_down为“0”时，表示主CPU要从从CPU收回协议运行权。同时，如果主CPU运行协议的过程中，主心跳信号没有出现，说明主CPU发生故障，这种情况下也表示主CPU需要交出协议运行权。

步骤202，主备仲裁单元检查主CPU是否正常运行，如果不正常执行步骤204，如果正常执行步骤203；

具体的，主备仲裁单元通过检查主CPU的主心跳信号是否正常出现，如果没出现，说明主CPU运行不正常，如果出现，说明主CPU运行正常。

步骤203，主备仲裁单元指示主CPU运行相关协议，并返回步骤201；

具体的，主备仲裁单元设置指示信号master_on为“1”并输出给主CPU、指示信号slave_on为“0”并输出给从CPU，表示由主CPU运行相关协议、从CPU同步备份。主CPU收回协议运行权时，可通过主从备份单元获取备份的相关协议信息。

步骤204，主备仲裁单元检查从CPU是否正常运行，如果不正常则返回步骤201，同时产生从CPU不可用告警，如果正常执行步骤205；

具体的，主备仲裁单元通过检查从CPU的从心跳信号是否正常出现，如果没出现，说明从CPU运行不正常，如果出现，说明从CPU运行正常。

步骤205，主备仲裁单元指示从CPU运行相关协议，并返回步骤201。

具体的，主备仲裁单元设置指示信号master_on为“0”并输出给主CPU、指示信号slave_on为“1”并输出给从CPU，表示由从CPU运行相关协议，具体地，从CPU根据备份的相关协议信息运行相关协议，同时从CPU将运行的相关协议的信息写入主从备份单元，目的是主CPU收回协议运行权时可获取备份的相关协议信息。从CPU对整个设备的控制能力弱于主CPU，因此在从CPU上只运行影响业务运行的协议。

通过上述方法可以避免主CPU由于特殊原因不能正常工作时，相关协议运行出现长时间的中断。

通常情况下是由主CPU运行协议。如果主CPU收到上层控制信号需要暂时停止运行协议时，例如：执行软件升级等操作，还可以通过主CPU主动控制主备倒换。同时在主CPU恢复正常后也需要重新倒换恢复由主CPU运行协议。图3所示为本发明通过主CPU主动控制主备倒换的方法流程图，如图3所示，具体步骤为：

步骤301，主CPU检查当前工作状态，当前状态不是主CPU执行协议时，执行步骤306，如果是执行步骤302；

具体的，主CPU检查收到的指示信号master_on是否为“1”，如果不是则表示从CPU正在运行协议；如果是则表示主CPU正在运行协议；

步骤302，主CPU通过和主从备份单元进行信息交互，判断从CPU的工作状态，如果不正常则不能进行主备倒换，返回步骤301，如果正常则执行步骤303；

具体的，主CPU在将协议信息写入主从备份单元的同时，可以采集主从备份单元中从CPU同步读取的进度指示。如果从CPU运行不正常，无法同步读取相关协议信息，同步进度将会达到警告门限，主CPU即可获得从CPU同步异常的进度指示。如果从CPU运行正常，主CPU不会获得从CPU同步异常的进度指示。

步骤303，主CPU检查现在是否需要进行主备倒换，如果需要则执行步骤304，如果不需要则执行步骤305；

具体的，主CPU通过上层的倒换指令来判断是否需要进行主备倒换。其中，所述上层指网管等管理设备。

步骤304，主CPU发送指示信号通知主备仲裁单元进行倒换，然后返回步骤301；

具体的，发送指示信号通知主备仲裁单元进行倒换具体是设置cpu_down信号为“1”，表示主CPU要交出协议运行权。

步骤305，正常发送主心跳信号，然后返回步骤301；

步骤306，主CPU检查自身是否可以正常运行相关协议，如果可以则执行步骤307，如果不可以则返回步骤301；

步骤307，主CPU发送指示信号通知主备仲裁单元进行倒换，并正常发送主心跳信号，然后返回步骤301。

具体的，发送指示信号通知主备仲裁单元进行倒换具体是设置cpu_down信号为“0”，表示主CPU要收回协议运行权，主CPU根据备份的相关协议信息运行相关协议。

图4所示为本发明支持数据协议保护的控制系统，其中的主备仲裁单元103具体可以包括：主备倒换判断子单元401、心跳检查子单元402、倒换指示发送子单元403、和告警子单元404，其中，

主备倒换判断子单元401，用于判断主CPU 101发送的指示信号cpu_down，并且发送指令给心跳检查子单元402；

具体的，主备倒换判断子单元401通过主CPU 101的指示信号cpu_down判断主CPU 101进行主备倒换的形式，当指示信号cpu_down为“1”时，表示主CPU 101要主动交出协议运行权给从CPU 102，发送指令让心跳检查子单元402检查从心跳信号是否正常；当指示信号cpu_down为“0”时，表示主CPU101要从从CPU 102收回协议运行权，发送指令让心跳检查子单元402检查主心跳信号是否正常。

心跳检查子单元402，用于执行主备倒换判断子单元401的指令检查，并且实时检测主心跳信号，和/或从心跳信号，将结果发送给倒换指示发送子单元403；

具体的，实时监测主心跳信号的目的是，当主CPU执行协议时，如果突然出现故障，即主心跳信号不正常，这种情况下，也表示主CPU101需要交出协议运行权，则检测从心跳信号是否正常，并将结果发送给倒换指示发送子单元403。

倒换指示发送子单元403，用于分析心跳检查子单元402的结果，分别向主CPU 101和从CPU 102发送指示信号；

其中，发送给主CPU 101和从CPU 102的指示信号，分别是指示信号master_on和指示信号slave_on。

具体的，当倒换指示发送子单元403接收的结果显示心跳检查子单元402检查的是主心跳信号，而且主心跳信号正常时，设置指示信号master_on为“1”、指示信号slave_on为“0”，表示由主CPU 101运行相关协议、从CPU 102同步备份；如果主心跳信号不正常，倒换指示发送子单元403则向心跳检查子单元402发送指令，命令心跳检查子单元402检查从心跳信号。当倒换指示发送子单元403接收的结果显示心跳检查子单元402检查的是从心跳信号，而且从心跳信号正常时，设置指示信号master_on为“0”、指示信号slave_on为“1”，表示由从CPU 102运行相关协议；如果从心跳信号不正常，则向告警子单元404发送从CPU 102不可用告警。

告警子单元404，用于接收并显示倒换指示发送子单元403的告警信号。

通常情况下是由主CPU运行协议。如果主CPU收到上层控制信号需要暂时停止运行协议时，例如：执行软件升级等操作，还可以通过主CPU主动控制主备倒换。在主CPU恢复正常后也需要重新倒换由主CPU运行协议。因此，如图5所示，主CPU 101可以包括：主CPU状态检查子单元501、从CPU状态判断子单元502和主CPU倒换发起子单元503，其中，

主CPU状态检查子单元501，用于检查主CPU 101的工作状态，根据主CPU 101的工作状态向从CPU状态判断子单元502和主CPU倒换发起子单元503发送指令；

具体的，检查主CPU 101的工作状态是通过获取倒换指示发送子单元403发送的指示信号完成的，当指示信号master_on为“1”时，说明此时由主CPU101运行协议，则向从CPU状态判断子单元502发送指令；如果不为“1”，则向主CPU倒换发起子单元503发送指令，命令主CPU倒换发起子单元503发送cpu_down信号为“0”。

从CPU状态判断子单元502，用于接收到主CPU状态检查子单元501的指令后，通过主从备份单元104判断从CPU 102工作状态是否正常，并向主CPU倒换发起子单元503发送指令或返回主CPU状态检查子单元501重新检查，在主CPU 101收回协议运行权时，通过主从备份单元104获取从CPU 102运行协议时写入的备份的相关协议；

具体的，如果从CPU 102运行不正常，无法同步读取主从备份单元104中备份的协议信息，同步进度将会达到警告门限，从CPU状态判断子单元501即可获得从CPU 102同步异常的进度指示，在这种情况下，返回主CPU状态检查子单元501重新检查。如果从CPU 102运行正常，从CPU状态判断子单元501不会获得从CPU 102同步异常的进度指示，在这种情况下，向主CPU倒换发起子单元503发送指令。

主CPU倒换发起子单元503，用于接收主CPU状态检查子单元501和CPU状态判断子单元502的指令，判断现在是否需要进行主备倒换，并发送指示信号、和/或主心跳信号，通知主备倒换判断子单元401进行倒换。

具体的，接收到主CPU状态检查子单元501的指令后，向主备倒换判断子单元401发送cpu_down信号为“0”并正常发送主心跳信号，表示主CPU 101要从从CPU 102收回协议运行权。接收到从CPU状态判断子单元502的结果后，当主CPU倒换发起子单元503收到上层的倒换指令时，发送指示信号通知主备倒换判断子单元401进行倒换，具体方法是设置cpu_down信号为“1”，如果没有收到倒换指令，则正常发送心跳信号，并返回主CPU状态检查子单元501重新检查。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种支持数据协议保护的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

主备仲裁单元判断主CPU进行主备倒换的形式：

如果主CPU需要收回协议运行权，则指示主CPU运行协议，从CPU备份相关协议信息；

如果主CPU需要交出协议运行权，则指示从CPU运行协议。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主备仲裁单元判断主CPU进行主备倒换的形式之前，还包括：

主CPU检查协议运行状态，如果由主CPU运行协议，则由主CPU检查从CPU是否正常，如果由从CPU运行协议，主CPU则收回协议运行权；

如果从CPU正常，则主CPU检查是否需要主备倒换，否则返回重新检查协议运行状态；

如果需要主备倒换，主CPU则交出协议运行权，否则正常发送主心跳信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述由主CPU检查从CPU是否正常，具体是主CPU通过和主从备份单元进行信息交互，判断从CPU工作是否正常；和/或，

主CPU则收回协议运行权之前，还包括：主CPU检查自身运行是否正常，如果正常则收回协议运行权，否则返回由主CPU重新检查协议运行状态。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述主CPU需要交出协议运行权的情况，还包括：主CPU运行协议过程中，主备仲裁单元没有检测到主心跳信号。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述指示主CPU运行协议之前，还包括：

如果主CPU需要收回协议运行权，检查主CPU运行是否正常，在正常的情况下，指示主CPU运行协议，从CPU备份相关协议信息，否则检查从CPU运行状态，如果从CPU运行正常，指示从CPU运行协议，否则返回重新判断主CPU进行主备倒换的形式，并发送从CPU不可用告警。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述指示从CPU运行协议之前，还包括：

主备仲裁单元检查从CPU的运行是否正常，在正常的情况下，指示从CPU运行协议，否则返回重新判断主CPU进行主备倒换的形式，并发送从CPU不可用告警。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述指示主CPU或从CPU运行协议，具体是通过主备仲裁单元发送给主CPU或从CPU的指示信号主CPU运行状态(master_on)或指示信号从CPU运行状态(slave_on)实现的；和/或，

所述主备仲裁单元判断主CPU进行主备倒换的形式，具体是通过检查主CPU发送给所述主备仲裁单元的指示信号主CPU切换(cpu_down)实现的。

8.一种支持数据协议保护的控制系统，其特征在于，所述系统包括：主CPU、从CPU、主备仲裁单元和主从备份单元，其中，

所述主CPU，用于运行协议和软件；

所述从CPU，用于通过主从备份单元同步备份一些重要的相关协议，并在主CPU不能运行时，运行所述协议；

所述主备仲裁单元，用于对当前状态进行仲裁，决定由主CPU或从CPU运行相关协议；

所述主从备份单元，用于相关协议信息的存储备份。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述主备仲裁单元中，还包括：主备倒换判断子单元、心跳检查子单元、倒换指示发送子单元、和告警子单元，其中，

所述主备倒换判断子单元，用于判断主CPU发送的指示信号，并且发送指令给心跳检查子单元；

所述心跳检查子单元，用于执行所述主备倒换判断子单元的指令检查，并且实时检测主心跳信号，和/或从心跳信号，将结果发送给倒换指示发送子单元；

所述倒换指示发送子单元，用于分析心跳检查子单元的结果，分别向主CPU和从CPU发送指示信号；

所述告警子单元，用于接收并显示倒换指示发送子单元的告警信号。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述主CPU中，还包括：主CPU状态检查子单元、从CPU状态判断子单元和主CPU倒换发起子单元，其中，

所述主CPU状态检查子单元，用于检查主CPU的工作状态，根据主CPU的工作状态向从CPU状态判断子单元和主CPU倒换发起子单元发送指令；

所述从CPU状态判断子单元，用于接收所述主CPU状态检查子单元的指令后，通过主从备份单元判断从CPU工作状态是否正常，并向主CPU倒换发起子单元发送指令或返回主CPU状态检查子单元重新检查；

所述主CPU倒换发起子单元，用于接收主CPU状态检查子单元和CPU状态判断子单元的指令，判断现在是否需要进行主备倒换，并发送指示信号、和/或主心跳信号，通知主备倒换判断子单元进行倒换。

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