CN103001867A - 一种主备双机热备份系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术领域，涉及一种基于RapidIO总线技术的主备双机热备份系统及方法。采用双通信计算机、双图形产生计算机和RapidIO交换机级联组建主备双机热备份系统，设计了一种深度优先结合分级交换端口顺序处理的自适应动态递归遍历RapidIO网络方法，实现了座舱显示器系统通信计算机主备双机通信热备份和通信路径冗余功能；采用RapidIO数据通信协议（最高速率可达3.125Gbps）替代双口RAM、429总线、1394总线等通信方式实现板间高速大容量数据稳定可靠传输，提高了通信速率，增强了通信可靠性和系统稳定性。
Description
技术领域：
本发明专利属于通信技术领域，涉及一种主备双机热备份系统及方法。
背景技术：
在通信技术领域，高可靠性要求机载设备，如机载座舱显示器处在非常重要地位的，不允许出现故障，为了确保设备和系统的可靠性，一般都需要备份机制。传统的座舱显示器系统中往往采取双口RAM、429总线、1394总线等方式实现板间数据通信和备份。一般显示器系统中包括一块通信计算机、一块字符处理计算机和一块视频处理计算机，但随着显示性能要求的提高，逐步将字符处理计算机与视频处理计算机用专用图形产生计算机代替，所以现下常用显示器系统模式为一块通信计算机和一块图形产生计算机单物理链路通信模式。传统的双口RAM、429总线、1394总线等数据通信方式，在数据通信速率和数据通信容量上越来越不能满足机载座舱显示器系统需求；而且采用单通信计算机通信，一旦出现故障或损坏情形则没有可替代的设备，无法提供数据通信热备份功能，不能满足设备越来越多，功能需求越来越复杂的座舱显示器系统对数据通信速率、容量及可靠性和系统稳定性的需求。
发明内容：
本发明的目的：本发明提供一种结构简单、适应性强、可靠性高、能支持外部连接设备变化的座舱显示器系统主备双机热备份系统。
另外，本发明还提供一种主备双机热备份方法。
本发明的技术方案：
一种主备双机热备份系统，其包括主交换机、备份交换机以及第一控制器和第二控制器，其中，第一控制器与主交换机相连，第二控制器与备份交换机相连，且主交换机与备份交换机相连。
所述主备双机冗余热备份系统，其特征在于：主机交换机和备份交换机之间还包括直接与二者相连的第一设备交换机，且第一设备交换机上连接有第一RapidIO设备。
所述主备双机冗余热备份系统，其特征在于：主机交换机和备份交换机之间还包括直接与二者相连，并与第一设备交换机并联的第二设备交换机，且第二设备交换机上连接有第二RapidIO设备。
所述主备双机冗余热备份系统，其特征在于：所述主机交换机和备份交换机上连接若干带有RapidIO接口的器件。
所述主备双机冗余热备份系统，其特征在于：所述第一控制器和第二控制器为设置有CPU芯片的通信计算机，所述第一RapidIO设备和第二RapidIO设备为图形产生计算机。
一种主备双机热备份方法，其包括如下步骤：
步骤1：建立物理连接
搭建相互连接的主机交换机和备份交换机，主机交换机与主机相连，备份交换机与备份机相连；
步骤2：建立主机与备份机之间的RapidIO网络
根据RapidIO协议，依据深度优先原则对级联交换机进行分级处理，每级交换机按端口顺序遍历，对各端口连接设备类型进行判别；
如果连接的是RapidIO设备，则给该设备分配ID号，并设置主机到该设备的路由；
如果连接的是交换机，则进行下一级交换机处理，并继续对下一级交换端口进行遍历，如此循环，直至遍历完最后一个交换机，设置RapidIO网络中所有设备的ID号以及主机到该设备的路由，完成建立主机与备份机之间的RapidIO网络；
步骤3：主机与备份机之间的备份
通过RapidIO网络，主机定时给备份机发送数据包，当备份机在设定时间内未接收到数据包，则认为主机故障，备份机代替主机进行工作，剔除主机后，重复步骤2，对整个RapidIO网络进行重新遍历，组建新的RapidIO网络。
所述的主备双机热备份方法，其特征在于：当主交换机和备份交换机之间还连接有分别与二者相连的交换机时，则形成网络中主机至各设备间冗余通道，根据主交换端口顺序，对与主交换机相连的各交换机进行遍历，组建冗余备份RapidIO网络。
本发明的有益效果：本发明成功解决了采用RapidIO总线技术构建主备双机热备份系统，实现主备双机热备份和通信路径冗余的问题，给出了RapidIO组网方案和RapidIO网络遍历方法，改变了座舱显示器系统单主机数据通信模式，实现了主备双机热备份和座舱显示器系统通信路径冗余；采用RapidIO总线协议取代双口RAM、429总线、1394总线实现板间高速大容量数据稳定可靠传输，提高了座舱显示器系统通信可靠性和系统稳定性。
附图说明
图1是本发明主备双机热备份系统第一实施方式的原理框图；
图2是本发明主备双机热备份系统第二实施方式的原理框图；
图3是本发明主备双机热备份系统第三实施方式的原理框图；
其中，1-第一控制器、2-第二控制器、3-主机交换机、4-备份交换机、5-第一控制器CPU、6-第二控制器CPU、7-第一设备交换机、8-第一RapidIO设备、9-第二设备交换机、10-第二RapidIO设备。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做详细的说明：
为了适应对机载座舱显示器系统通信可靠性和稳定性的更高要求，本发明设计了一种基于RapidIO总线技术的主备双机通信热备份系统及方法。采用RapidIO交换机级联组建主备双机通信热备份系统，通过RapidIO网络实现通信计算机主备双机热备份，并提出了针对主备双机通信热备份系统的RapidIO网络遍历方法：一种深度优先结合分级交换端口顺序遍历的自适应动态递归遍历RapidIO网络方法。
该方法依据深度优先原则对级联交换机进行分级处理，每级交换机按端口顺序遍历，并结合主机及备份主机位置判定。主机交换机处于第一级，为第一级交换机，其余交换机所处级数根据该交换机按照深度优先和端口顺序遍历规则依次排序；第一级交换机处理与第一级交换机相连接设备，并按端口顺序对第一级交换机进行遍历；在遍历过程中，按照深度优先原则，如果发现在第一级交换机某端口上连接了交换机，则暂停前一级交换机处理（即第一级交换机处理）进行下一级交换机处理（第二级交换机处理），依然按照深度优先，交换端口顺序原则对第二级交换机各个端口进行遍历；依次类推，若在第二级交换机处理中发现该级交换机上连接有交换机则暂停前一级交换机处理（第二级交换机处理）进行下一级交换机处理，循环递归直至网络中最后一个交换机；在完成最后一个交换机处理后递归返回前一级交换机处理过程，直至返回完成第一级交换处理。
遍历后组建RapidIO网络，主机和备份机可通过RapidIO网络进行信令通信交换状态信息，据此进行主机与备份机切换，主备切换后支持备份机剔除主机，重建RapidIO网络。
请参阅图1，其是本发明主备双机热备份系统第一实施方式的原理框图。本实施方式中，所述主备双机热备份系统包括主机交换机3、备份交换机4以及第一控制器1和第二控制器2。其中，第一控制器1中第一控制器CPU5的RapidIO端口与主机交换机3相连，第二控制器2中的第二控制器CPU6的RapidIO端口与备份交换机4相连，且主机交换机3与备份交换机4相连。主机和备份机均为通信控制计算机，分别对应为第一通信计算机和第二通信计算机，各交换机均为RapidIO交换机。
主备双机热备份系统第一实施方式使用主机（第一控制器1）的RapidIO接口直接与主机交换机0（第一级交换机）相连。在第一控制器1上电后进行第一级交换机处理，按端口顺序方式对第一级交换机进行遍历。在一级交换机处理过程中，发现一级交换端口8上连接了第二级交换机，暂停第一级交换机处理进行，设置第一级交换机到第二级交换机路由并进行第二级交换机处理。第二级交换机处理按照端口顺序进行遍历在端口0上发现备份主机（第二控制器2），设置主机到备份主机（第二控制器2）路由和备份主机ID，最后返回并继续完成第一级交换机处理，组建RapidIO网络。
第一通信计算机通过RapidIO网络与第二通信计算机采用RapidIO门铃数据包进行信令通信，在规定15ms时间内第二通信计算机没有接收到第一通信计算机的信令包，则认为第一通信计算机没有成功对整个RapidIO网络进行遍历或者第一通信计算机成功遍历后在运行一段时间后出现故障不能正常完成与第二通信计算机的信令通信，此时第二通信计算机代替第一通信计算机重新组建RapidIO网络，并在组网时剔除第一通信计算机，不再对其进行遍历，防止遍历故障主机而导致系统异常。
请参阅图2，其是本发明主备双机热备份系统第二实施方式的原理框图。其特征在于：包括主机交换机3、备份交换机4、第一控制器1、第二控制器2以及第一设备交换机7和第一RapidIO设备8。其中，第一控制器1中第一控制器CPU5的RapidIO端口与主机交换机3相连，第二控制器2中的第二控制器CPU6的RapidIO端口与备份交换机4相连，主机交换机3与备份交换机4相连，第一设备交换机7与主机交换机3和备份交换机4相连，且与第一RapidIO设备8相连。主机和备份机均为通信控制计算机，分别对应为第一通信计算机和第二通信计算机，各交换机均为RapidIO交换机，第一RapidIO设备8为第一图形产生计算机。
主备双机热备份系统第二实施方式使用第一控制器1的RapidIO接口直接与主机交换端口0（第一级交换机）相连。在第一控制器1上电后进行第一级交换机处理，按端口顺序方式对第一级交换机进行遍历。在一级交换机处理过程中，发现一级交换端口4上连接了第一设备交换机7（第二级交换机），暂停第一级交换机处理，设置第一级交换机到第二级交换机路由并进行第二级交换机处理。第二级交换机处理按照端口顺序进行遍历在端口0上发现第一RapidIO设备8，设置主机到第一RapidIO设备8路由和设备ID；接着在端口4上发现备份交换机（第三级交换机），暂停第二级交换机处理，设置第二级交换机到第三级交换机路由并进行第三级交换机处理。第三级交换机处理按照端口顺序进行遍历，在端口0上发现备份主机，设置主机到备份主机路由和设备ID；在端口8上发现第一级交换机，不作处理继续遍历下一个端口，遍历完毕返回第二级交换机处理，第二级交换机处理完毕返回完成第一级交换机处理。
主备双机热备份系统第二实施方式的备份方式类似主备双机热备份系统第一实施方式，这里不再详述。
主备双机热备份系统第二实施方式中第一图形产生计算机与第一通信计算机和第二通信计算机分别建立连接，组建了冗余备份RapidIO网络，提供通信计算机到第一图形产生计算机路径冗余。
第一通信计算机到第一图形产生计算机共有两条路径：1)第一通信计算机—>第二通信计算机—>第一图形产生计算机，2）第一通信计算机—>第一图形产生计算机。
第一通信计算机到第二通信计算机共有两条路径：1）第一通信计算机—>第二通信计算机，2）第一通信计算机—>第一图形产生计算机—>第二通信计算机。
请参阅图3，本发明主备双机热备份系统第三实施方式的原理框图。其特征在于：第一控制器1中的第一控制器CPU5的RapidIO端口与主机交换机3连接，主机交换机3与备份交换机4、第一设备交换机7、第二设备交换机9连接；第二控制器2中的第二控制器CPU6的RapidIO端口与备份交换机4连接，备份交换机4与主机交换机3、第一设备交换机7、第二设备交换机9连接；第一RapidIO设备8与第一设备交换机7连接；第二RapidIO设备10与第二设备交换机9连接。主机和备份机均为通信控制计算机，分别对应为第一通信计算机和第二通信计算机，各交换机均为RapidIO交换机，第一RapidIO设备8为第一图形产生计算机，第二RapidIO设备10为第二图形产生计算机。
主备双机热备份系统第三实施方式使用第一控制器1的RapidIO接口直接与主机交换端口0（第一级交换机）相连。在第一控制器1上电后进行第一级交换机处理，按端口顺序方式对第一级交换机进行遍历。在一级交换机处理过程中，发现一级交换端口4上连接了第一设备交换机7（第二级交换机），暂停第一级交换机处理，设置第一级交换机到第二级交换机路由并进行第二级交换机处理。第二级交换机处理按照端口顺序进行遍历在端口0上发现第一RapidIO设备8，设置主机到第一RapidIO设备8路由和设备ID；接着在端口4上发现备份交换机（第三级交换机），暂停第二级交换机处理，设置第二级交换机到第三级交换机路由并进行第三级交换机处理。第三级交换机处理按照端口顺序进行遍历，在端口0上发现备份主机，设置主机到备份主机路由和设备ID；在端口8上发现第一级交换机，不作处理继续遍历下一个端口；在端口10上发现第二设备交换机9（第四级交换机），暂停第三级交换机处理，设置第三级交换机到第四级交换机路由并进行第四级交换机处理。第四级交换机处理按照端口顺序进行遍历，在端口0上发现第二RapidIO设备10，设置主机到第二RapidIO设备10的路由和设备ID；在端口2上发现第一级交换机，不作处理继续遍历下一个端口，遍历完毕返回第三级交换机处理，第三级交换机处理完毕返回第二级交换机处理，第二级交换机处理完毕返回完成第一级交换机处理。
主备双机热备份系统第三实施方式的备份方式和通信路径冗余机制类似主备双机热备份系统第二实施方式，这里不再详述。
综上所述本发明主备双机热备份系统及方法，采用双通信计算机、双图形产生计算机通过RapidIO交换机进行级联，设计实现一种深度优先结合分级交换端口顺序处理的自适应动态递归遍历RapidIO网络方法，实现了座舱显示器系统通信计算机双机热备份和通信计算机与图形产生计算机通信路径冗余功能；采用基于RapidIO数据通信协议替代双口RAM、429总线、1394总线等通信方式实现了板间高速大容量数据稳定可靠传输，满足了座舱显示器系统对通信速率、通信可靠性及系统稳定性的要求。
Claims (7)
1.一种主备双机热备份系统，其特征在于：包括主交换机（3）、备份交换机（4）以及第一控制器（1）和第二控制器（2），其中，第一控制器（1）与主交换机（3）相连，第二控制器（2）与备份交换机（4）相连，且主交换机（3）与备份交换机（4）相连。
2.根据权利要求1所述的主备双机冗余热备份系统，其特征在于：主机交换机（3）和备份交换机（4）之间还包括直接与二者相连的第一设备交换机（7），且第一设备交换机（7）上连接有第一RapidIO设备（8）。
3.根据权利要求2所述的主备双机冗余热备份系统，其特征在于：主机交换机（3）和备份交换机（4）之间还包括直接与二者相连，并与第一设备交换机（7）并联的第二设备交换机（9），且第二设备交换机（9）上连接有第二RapidIO设备（10）。
4.根据权利要求1所述的主备双机冗余热备份系统，其特征在于：所述主机交换机（3）和备份交换机（4）上连接若干带有RapidIO接口的器件。
5.根据权利要求1所述的主备双机冗余热备份系统，其特征在于：所述第一控制器（1）和第二控制器（2）为设置有CPU芯片的通信计算机，所述第一RapidIO设备（8）和第二RapidIO设备（10）为图形产生计算机。
6.一种主备双机热备份方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：建立物理连接
搭建相互连接的主机交换机和备份交换机，主机交换机与主机相连，备份交换机与备份机相连；
步骤2：建立主机与备份机之间的RapidIO网络
根据RapidIO协议，依据深度优先原则对级联交换机进行分级处理，每级交换机按端口顺序遍历，对各端口连接设备类型进行判别；
如果连接的是RapidIO设备，则给该设备分配ID号，并设置主机到该设备的路由；
如果连接的是交换机，则进行下一级交换机处理，并继续对下一级交换端口进行遍历，如此循环，直至遍历完最后一个交换机，设置RapidIO网络中所有设备的ID号以及主机到该设备的路由，完成建立主机与备份机之间的RapidIO网络；
步骤3：主机与备份机之间的备份
通过RapidIO网络，主机定时给备份机发送数据包，当备份机在设定时间内未接收到数据包，则认为主机故障，备份机代替主机进行工作，并剔除主机后，重复步骤2，对整个RapidIO网络进行重新遍历，组建新的RapidIO网络。
7.根据权利要求6所述的主备双机热备份方法，其特征在于：
当主交换机和备份交换机之间还连接有分别与二者相连的交换机时，则形成网络中主机至各设备间冗余通道，根据主交换端口顺序，对与主交换机相连的各交换机进行遍历，组建冗余备份RapidIO网络。
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