CN102724013A - 一种光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，两个主控盘按主备冗余保护分为对偶盘A和B，所述对偶盘A和B上均设有CPLD；倒换控制模块作为完成主备倒换功能的主体由数字逻辑电路来实现，该逻辑电路使用硬件描述语言经相关编译器编译后下载到CPLD中：该倒换方法定义了与背板的标准接口，与软件的标准接口，定义了倒换控制模块逻辑电路的逻辑电平约定和槽位标志线设置；倒换过程完全通过CPLD中的逻辑电路通过自协商来完成。本发明所述的倒换方法，完全硬件实现主备倒换机制，屏蔽了繁琐的软件操作；严格的双主互斥能力；主备互连线少，减少背板走线数量；切换速度较快；高可靠性；可封装成一个通用模块，便于移植使用。

Description

一种光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法

技术领域

本发明涉及通信系统主控盘的主备冗余保护，具体说是一种光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法。尤指光通信系统中的光传输设备的主控系统主备冗余保护的倒换方法，所述主控系统即指主控盘。

背景技术

目前光通信系统中的光传输设备（简称为光通信系统设备）中，控制平面和网管平面的功能一般都是集成在一块主控盘上，因为其在系统中的重要作用，必须做到一主（主单板）一备（备单板）的冗余备份以使光通信系统具备较高的可靠性，这就存在主备单板如何进行倒换的问题。

传统的解决该问题的方法是通过光传输设备的背板用数根信号线将主备单板互连起来，让软件不同程度的参与倒换过程。这种方法的缺点是软件操作繁琐，倒换速度慢，背板走线多，容易导致主备倒换的振荡，做不到严格的双主互斥。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，完全硬件实现主备倒换机制，屏蔽了繁琐的软件操作；严格的双主互斥能力；主备互连线少，减少背板走线数量；切换速度较快；高可靠性；可封装成一个通用模块，便于移植使用。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将两个作为主控系统的主控盘，按主备冗余保护分为对偶盘A和对偶盘B，所述对偶盘A和对偶盘B上分别设置有可编程逻辑器件CPLD；

步骤2：形成主备倒换系统，通过数字逻辑电路设计实现下述功能，并使用硬件描述语言编程并编译后，下载到可编程逻辑器件CPLD中：

（一）定义与背板的标准接口及其逻辑电平约定，

（二）定义与软件的标准接口；

（三）实现健康监测、心跳监测和主备自动倒换；

步骤3：槽位标志线设置：默认主槽位标志信号线背板下拉到地；默认备用槽位该信号线上拉到VCC，背板上悬空；

步骤4：在对偶盘A和对偶盘B间建立数据同步通道；

步骤5：倒换过程完全通过主备倒换系统中的倒换控制模块根据步骤2下载到可编程逻辑器件CPLD中的逻辑电路通过自协商来完成。

在上述技术方案的基础上，所述定义与背板的标准接口及其逻辑电平约定具体内容如下：

a、主备指示线A-＞B和主备指示线B-＞A，其电平约定含义：

0：通知对方自己是主盘；

1：通知对方自己是备盘；

b、槽位标志线：默认主槽位背板下拉到地；默认备用槽位上拉到VCC，背板上悬空；

c、对偶盘在位指示线A和对偶盘在位指示线B：本盘电阻上拉，

0：对偶盘在位；

1：对偶盘不在位；

d、数据同步通道：是独立的实时的主备盘间数据备份通道，根据设备和主控盘的硬件资源来确定使用什么物理通道。

在上述技术方案的基础上，所述定义与软件的标准接口具体内容如下：

主控盘与倒换控制模块之间的访问是通过本地总线接口来实现的，主控盘的本地总线的数据格式统一定义为：

数据最左边数据位为最高有效位，最右边的数据位为最低有效位；

地址线约定使用A24~A31，数据线约定使用D0~D7。

在上述技术方案的基础上，所述主备倒换系统包括：倒换控制模块、软件接口模块和背板接口模块，

倒换控制模块是主备倒换的主体，包括：倒换控制状态机、心跳监测器、健康指示器和软件状态指示器，

软件接口模块包括：本地总线接口逻辑和主备状态指示器，

背板接口模块包括：背板信号开关器和背板信号缓冲保护器。

在上述技术方案的基础上，心跳监测器向倒换控制状态机发送以下信息：当对偶盘健康、有心跳且指示应用程序是否加载的寄存器APP寄存器正常加载，则发送1电平，否则发送0电平。

在上述技术方案的基础上，所述CPLD有以下内部的互连线：A～G，其代表的含义如下：

A：表征对偶盘A的主备盘指示线，0表示自己是主盘，1表示自己是备盘；

B：表征对偶盘B的主备盘指示线，0表示自己是主盘，1表示自己是备盘；

C：表征单盘的健康状态、有无心跳、APP是否正常加载；三者是逻辑‘与’的关系，如正常，C为1；否则C为0；

D：背板开关控制线，0表示关断，1表示打开；

E：CPLD内部控制主备状态寄存器的信号线，软件读该状态寄存器获取本盘是主盘还是备盘的信息，信号线逻辑电平0表示是备盘，逻辑电平1表示是主盘，当逻辑电平为1时，相应的寄存器值置为0X55；

F：槽位指示线，F＝0时，表明本单盘是在主槽位，F＝1时，表明本单盘是在备槽位；

G：对偶盘在位指示线,逻辑电平0表示对偶盘在位，逻辑电平1表示对偶盘不在位。

在上述技术方案的基础上，倒换控制状态机是在CPLD里面做逻辑实现的，

该状态机共有9个状态，分别是：START、GOOD_HEALTH、IS_WAIT1、IS_WAIT2、IS_WAIT3、IS_WAIT4、SITDOWN_TALK、IS_MASTER、IS_SLAVE。

本发明所述的光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，完全硬件实现主备倒换机制，屏蔽了繁琐的软件操作；严格的双主互斥能力；主备互连线少，减少背板走线数量；切换速度较快；高可靠性；可封装成一个通用模块，便于移植使用。

光传输设备的主控盘采用此方法进行主备冗余倒换，最大的优点是简单可靠，背板走线少，严格的双主互斥，无需软件参与倒换协商过程。且所有功能集成在一片CPLD内部，移植方便且减少了硬件故障点。

附图说明

本发明有如下附图：

图1倒换控制模块与设备背板的连线约定，

图2倒换控制模块的实现原理图，

图3倒换控制状态机的状态图，

图4操作系统及应用软件的工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明所述的光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，包括以下步骤：

步骤1：将两个作为主控系统的主控盘，按主备冗余保护分为对偶盘A和对偶盘B，所述对偶盘A和对偶盘B上分别设置有可编程逻辑器件CPLD；

对偶盘A/B就是指主备冗余保护的两块主控盘，哪一块主控盘作为对偶盘A均可，相应的另一块必然为对偶盘B；

步骤2：形成主备倒换系统，通过数字逻辑电路设计实现下述功能，并使用硬件描述语言编程并编译后，下载到可编程逻辑器件CPLD中：

（一）定义与背板的标准接口及其逻辑电平约定，

如图1所示（下面所述逻辑电平是指LVTTL标准的逻辑电平）

a、主备指示线A-＞B（A、B此处指对偶盘A和对偶盘B，“-＞”表示该线路中数据发送方向）和主备指示线B-＞A，其电平约定含义：

0：通知对方自己是主盘；

1：通知对方自己是备盘；

b、槽位标志线：默认主槽位背板下拉到地；默认备用槽位上拉到VCC，背板上悬空；

c、对偶盘在位指示线A和对偶盘在位指示线B：本盘电阻上拉，

0：对偶盘在位；

1：对偶盘不在位；

d、数据同步通道：是独立的实时的主备盘间数据备份通道，根据设备和主控盘的硬件资源来确定使用什么物理通道，比如千兆网口的互连等等。

（二）定义与软件的标准接口，

主控盘与倒换控制模块之间的访问是通过本地总线接口来实现的，主控盘的本地总线的数据格式统一定义为：

数据最左边数据位为最高有效位，最右边的数据位为最低有效位；例如一个8位数据[D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7],则D0是最高有效位，D7是最低有效位；

地址线约定使用A24~A31，数据线约定使用D0~D7；

（三）实现健康监测、心跳监测和主备自动倒换；可采用现有公知技术实施；

步骤3：槽位标志线设置：如前述之约定，默认主槽位标志信号线背板下拉到地；默认备用槽位该信号线上拉到VCC，背板上悬空；

步骤4：在对偶盘A和对偶盘B间建立数据同步通道，所述数据同步通道是独立的实时的主备盘间数据备份通道，应根据设备和主控器的硬件资源来确定使用什么物理通道，比如千兆网口互连、光口的互连等等；此亦如前述之约定；

步骤5：倒换过程完全通过主备倒换系统中的倒换控制模块根据步骤2下载到可编程逻辑器件CPLD中的逻辑电路通过自协商来完成。

如图1所示，可编程逻辑器件CPLD通过两条主备指示线经过背板连接，其中一条主备指示线专用于对偶盘A向对偶盘B发送信息，此即主备指示线A-＞B，另一条主备指示线专用于对偶盘B向对偶盘A发送信息，此即主备指示线B-＞A；

所述发送信息是指：

作为主盘的对偶盘内的倒换控制状态机通过主备指示线向对端发送0电平，

作为备盘的对偶盘内的倒换控制状态机通过主备指示线向对端发送1电平，

当对偶盘A或对偶盘B不在位时向对端（对偶盘A的对端指对偶盘B，对偶盘B的对端指对偶盘A）发送1电平，具体说是通过图1中的对偶盘在位指示线A/B发送，

例如：

当对偶盘A作为主盘时，对偶盘A内的倒换控制状态机通过A-＞B主备指示线向对端（即对偶盘B）发送0电平表示自己是主盘，

当对偶盘A作为备盘时，对偶盘A内的倒换控制状态机通过A-＞B主备指示线向对端（即对偶盘B）发送1电平表示自己是备盘；

当对偶盘B作为主盘时，对偶盘B内的倒换控制状态机通过B-＞A主备指示线向对端（即对偶盘A）发送0电平表示自己是主盘，

当对偶盘B作为备盘时，对偶盘B内的倒换控制状态机通过B-＞A主备指示线向对端（即对偶盘A）发送1电平表示自己是备盘；

对偶盘A和对偶盘B内分别设有与两条主备指示线连接的缓冲保护器，两条主备指示线经过缓冲保护器之后与CPLD连接。

在上述技术方案的基础上，所述主备倒换系统包括：倒换控制模块、软件接口模块和背板接口模块，

倒换控制模块是主备倒换的主体，包括：倒换控制状态机、心跳监测器、健康指示器和软件状态指示器，

软件接口模块包括：本地总线LOCAL BUS接口逻辑和主备状态指示器，

背板接口模块包括：背板信号开关器和背板信号缓冲保护器（即图1的缓冲保护器）。

在上述技术方案的基础上，如图2所示，心跳监测器向倒换控制状态机发送以下信息：当对偶盘健康、有心跳且指示应用程序是否加载的寄存器APP寄存器正常加载，则发送1电平，否则发送0电平。

在上述技术方案的基础上，如图2所示，所述CPLD有以下内部的互连线：A～G，其代表的含义如下：

A：表征对偶盘A的主备盘指示线，0表示自己是主盘，1表示自己是备盘；

B：表征对偶盘B的主备盘指示线，0表示自己是主盘，1表示自己是备盘；

C：表征单盘的健康状态、有无心跳、APP是否正常加载；三者是逻辑‘与’的关系，如正常，互连线C为1；否则互连线C为0；

D：背板开关控制线，0表示关断，1表示打开；

E：CPLD内部控制主备状态寄存器的信号线，软件读该状态寄存器获取本盘是主盘还是备盘的信息，信号线逻辑电平0表示是备盘，逻辑电平1表示是主盘，当逻辑电平为1时，相应的寄存器值置为0X55；

F：槽位指示线，F＝0时，表明本单盘是在主槽位，F＝1时，表明本单盘是在备槽位；

G：对偶盘在位指示线,逻辑电平0表示对偶盘在位，逻辑电平1表示对偶盘不在位。

在上述技术方案的基础上，如图2所示，关键的实现部分是倒换控制状态机，该倒换控制状态机也是在CPLD里面做逻辑实现的，状态机的状态图如图3所示（图3所示是倒换控制状态机的实现，每个节点代表状态机所处的一个状态）。

该状态机共有9个状态（各表示一个节点状态），分别是：START、GOOD_HEALTH、IS_WAIT1、IS_WAIT2、IS_WAIT3、IS_WAIT4、SITDOWN_TALK、IS_MASTER、IS_SLAVE；状态机的状态的改变是受输入信号的控制的，比如C＝1，状态机停留在START状态，C＝0状态机会跳转到GOOD HEALTH。每个状态都有信号输出，比如START状态，信号输出及其逻辑电平为：A＝1，D＝0，E＝0。字母代表的含义前面已有定义。其他的状态及其输入输出信号的状态以此类推，不再详述。

在上述技术方案的基础上，倒换控制模块内部寄存器定义如下：

倒换控制模块是控制且是唯一控制背板信号的开和关的源，单盘的主控器或软件可以通过访问倒换控制模块的HORS寄存器获取自己是主盘还是备盘的信息，也可以通过访问倒换控制模块的寄存器间接达到开关背板信号的目的。倒换控制模块的状态机会作综合分析，控制背板信号开关的使能端，达到严格双主互斥的目的。

单盘的软件只需要读上表的HORS寄存器即可获取自己是主盘还是备盘的信息，然后承担自己作为主盘或备盘相应的软件任务。而不必关心主备怎么倒换的问题。为了实现主备倒换功能，单盘软件需要完成的工作包含但不限于如下所列：

1）单盘软件选择在合适的时间定时喂心跳。

2）单盘软件轮询HORS寄存器，根据读到的主备状态，切换软件的主备状态。

3）软件定时扫描硬件设备，并对扫描到的告警进行优先级分析，对严重故障必须切换的，清零HEALTH寄存器，申请切换。

4）软单盘软件发起一监控进程对其他功能模块软件做作实时监控，并对监控挂掉的进程重启，尝试若干次不成功，则进行失败告警优先级分析，确认必须申请倒换，清零HEALTH寄存器发起倒换。

软件在特殊情况下欲主动从主盘切换为备盘，通过将HEALTH清零的方法就可以。软件欲强制从备盘切换为主盘，可以将FORCE寄存器置为0X55，变为主盘后再将该寄存器清零就可以了。

图4给出了操作系统和应用软件工作的流程图，单盘上电并启动，操作系统会进行自检，如发现有硬件或软件存在故障，会反复重启，此时，因为没有往下写任何寄存器，倒换控制模块会将本盘设置为备盘。如果单盘自检通过了，首先写健康状态寄存器HEALTH为0X55，相当于告诉主备倒换模块本盘的操作系统没有故障。接下来操作系统启动应用程序，应用程序将寄存器APP写为0X55，以告诉主备倒换模块应用程序已经加载了。写完该寄存器，应用程序开始定时写心跳寄存器HEART，一秒钟至少写一次。应用程序在运行中，也定时读主备状态寄存器，状态寄存器指示为主盘或从盘，应用程序就设置自己为主盘或从盘状态工作。操作系统也会实时监测系统的工作健康状况，如发现有故障，会影响系统正常工作，就将健康状态寄存器清零，本盘也就自动切换为备盘。

在具体的工程应用中必须注意以下三点：

1、无论是在主盘状态还是备盘状态，都必须定时喂心跳，否则视为软件挂掉了，永远作备盘。

2、在调试模式下，软件强制本盘为主盘，对偶盘可以自动变为从盘，但软件将主备槽位的单盘都强制为主盘的做法是非法的。

3、在本盘为主盘的前提下，本盘复位后而又想夺回主盘地位，可以将FORCE寄存器置为0X55，变为主盘后再将该寄存器清零就可以了。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将两个作为主控系统的主控盘，按主备冗余保护分为对偶盘A和对偶盘B，所述对偶盘A和对偶盘B上分别设置有可编程逻辑器件CPLD；

步骤2：形成主备倒换系统，通过数字逻辑电路设计实现下述功能，并使用硬件描述语言编程并编译后，下载到可编程逻辑器件CPLD中：

（一）定义与背板的标准接口及其逻辑电平约定，

（二）定义与软件的标准接口；

（三）实现健康监测、心跳监测和主备自动倒换；

步骤3：槽位标志线设置：默认主槽位标志信号线背板下拉到地；默认备用槽位该信号线上拉到VCC，背板上悬空；

步骤4：在对偶盘A和对偶盘B间建立数据同步通道；

步骤5：倒换过程完全通过主备倒换系统中的倒换控制模块根据步骤2下载到可编程逻辑器件CPLD中的逻辑电路通过自协商来完成。

2.如权利要求1所述的光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，其特征在于：所述定义与背板的标准接口及其逻辑电平约定具体内容如下：

a、主备指示线A-＞B和主备指示线B-＞A，其电平约定含义：

0：通知对方自己是主盘；

1：通知对方自己是备盘；

b、槽位标志线：默认主槽位背板下拉到地；默认备用槽位上拉到VCC，背板上悬空；

c、对偶盘在位指示线A和对偶盘在位指示线B：本盘电阻上拉，

0：对偶盘在位；

1：对偶盘不在位；

d、数据同步通道：是独立的实时的主备盘间数据备份通道，根据设备和主控盘的硬件资源来确定使用什么物理通道。

3.如权利要求1所述的光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，其特征在于：所述定义与软件的标准接口具体内容如下：

主控盘与倒换控制模块之间的访问是通过本地总线接口来实现的，主控盘的本地总线的数据格式统一定义为：

数据最左边数据位为最高有效位，最右边的数据位为最低有效位；

地址线约定使用A24~A31，数据线约定使用D0~D7。

4.如权利要求1所述的光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，其特征在于：所述主备倒换系统包括：倒换控制模块、软件接口模块和背板接口模块，

倒换控制模块是主备倒换的主体，包括：倒换控制状态机、心跳监测器、健康指示器和软件状态指示器，

软件接口模块包括：本地总线接口逻辑和主备状态指示器，

背板接口模块包括：背板信号开关器和背板信号缓冲保护器。

5.如权利要求4所述的光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，其特征在于：心跳监测器向倒换控制状态机发送以下信息：当对偶盘健康、有心跳且指示应用程序是否加载的寄存器APP寄存器正常加载，则发送1电平，否则发送0电平。

6.如权利要求4所述的光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，其特征在于：所述CPLD有以下内部的互连线：A～G，其代表的含义如下：

A：表征对偶盘A的主备盘指示线，0表示自己是主盘，1表示自己是备盘；

B：表征对偶盘B的主备盘指示线，0表示自己是主盘，1表示自己是备盘；

C：表征单盘的健康状态、有无心跳、APP是否正常加载；三者是逻辑‘与’的关系，如正常，C为1；否则C为0；

D：背板开关控制线，0表示关断，1表示打开；

E：CPLD内部控制主备状态寄存器的信号线，软件读该状态寄存器获取本盘是主盘还是备盘的信息，信号线逻辑电平0表示是备盘，逻辑电平1表示是主盘，当逻辑电平为1时，相应的寄存器值置为0X55；

F：槽位指示线，F＝0时，表明本单盘是在主槽位，F＝1时，表明本单盘是在备槽位；

G：对偶盘在位指示线,逻辑电平0表示对偶盘在位，逻辑电平1表示对偶盘不在位。

7.如权利要求4所述的光传输设备主控系统主备冗余保护的倒换方法，其特征在于：倒换控制状态机是在CPLD里面做逻辑实现的，

该状态机共有9个状态，分别是：START、GOOD_HEALTH、IS_WAIT1、IS_WAIT2、IS_WAIT3、IS_WAIT4、SITDOWN_TALK、IS_MASTER、IS_SLAVE。

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