CN103699462B - 一种具有可靠性设计的单片机系统 - Google Patents
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Abstract
一种具有可靠性设计的单片机系统，包括第一中央处理器、第二中央处理器、随机存取存储器和只读存储器，其中当第一中央处理器发生故障时，隔离第一中央处理器并将第一中央处理器处理的任务切换为由第二中央处理器处理。本发明所提供的具有可靠性设计的单片机系统中配置了两个中央处理器，一个发生故障则可由另一个接替处理，可靠性大大增强，而且，在无需充电时充电控制芯片还可接替部分任务的处理，既提高了单片机系统的性能又降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种单片机系统，更具体地，涉及一种具有可靠性设计的单片机系统。
背景技术
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器，随机存取存储器、只读存储器、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。目前，单片机已广泛应用在家用电器、工业自动化、航空航天及汽车电子等领域。
然而，有些情况下，比如在恶劣环境中，对单片机系统的可靠性具有较高的要求，尤其是在处理重要的事件时不能间断工作，需要具有可靠性设计，比如硬件冗余等可靠性设计。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有可靠性设计的单片机系统。
本发明提供的具有可靠性设计的单片机系统，具体的技术方案如下：
一种具有可靠性设计的单片机系统，包括第一中央处理器、第二中央处理器、随机存取存储器和只读存储器，其中，当第一中央处理器发生故障时，隔离第一中央处理器并将第一中央处理器处理的任务切换为由第二中央处理器处理。
优选地，正常工作时，所述第一中央处理器和所述第二中央处理器同时工作且分别处理不同的任务；所述单片机系统还包括检测切换电路，所述检测切换电路用于检测所述第一中央处理器是否发生故障，若所述检测切换电路确定第一中央处理器发生故障时，所述检测切换电路隔离所述第一中央处理器并且将第一中央处理器处理的任务切换为由第二中央处理器处理，即由第二中央处理器处理所有的任务。
优选地，所述单片机系统由外接电源或充电电池供电，所述单片机系统还包括电量测量单元和充电控制芯片；当所述外接电源给单片机系统供电时，所述充电电池在充电控制芯片的控制下由所述外接电源对所述充电电池进行充电，当所述外接电源断开时，所述充电电池给单片机系统供电；所述电量测量单元用于测量所述充电电池的电量，在第一中央处理器处理的任务切换为由第二中央处理器处理之后，所述检测切换电路与所述电量测量单元通讯并获取所述充电电池的电量，若所述充电电池的电量大于第一阈值，则所述检测切换电路隔离所述充电控制芯片与充电电池的连接并将第二中央处理器处理的任务中的部分任务切换为由所述充电控制芯片处理，即所述第二中央处理器和所述充电控制芯片同时工作且分别处理不同的任务，此后，当所述电量测量单元检测到所述充电电池的电量小于第二阈值，则发出中断信号到所述检测切换电路，所述检测切换电路将所述充电控制芯片处理的任务切换为由第二中央处理器处理，即由第二中央处理器处理所有的任务，并且所述检测切换电路恢复所述充电控制芯片与充电电池的连接，其中第二阈值小于第一阈值。
优选地，所述第一中央处理器在工作时发出连续脉冲到所述检测切换电路，当大于预设时间后仍未接收到下一脉冲时，所述检测切换电路确定第一中央处理器发生故障。
优选地，当所述第一中央处理器和所述第二中央处理器同时工作且分别处理不同的任务时，或者所述第二中央处理器和所述充电控制芯片同时工作且分别处理不同的任务时，所述随机存取存储器为所述第一中央处理器和所述第二中央处理器或者所述第二中央处理器和所述充电控制芯片共享，而且在一个时刻所述第一中央处理器、所述第二中央处理器或者所述充电控制芯片中只有一个访问所述随机存取存储器。
优选地，所述随机存取存储器包括仲裁电路。
优选地，所述随机存取存储器为双端口随机存取存储器。
优选地，所述双端口随机存取存储器的两个端口分别连接第一中央处理器和所述第二中央处理器。
优选地，所述检测切换电路将第二中央处理器处理的任务中的部分任务切换为由所述充电控制芯片处理时，所述检测切换电路将所述双端口随机存取存储器与第一中央处理器连接的端口切换为与所述充电控制芯片连接。
本发明提供的具有可靠性设计的单片机系统的有益效果在于：配置了两个中央处理器，一个发生故障则可由另一个接替处理，可靠性大大增强，而且，在无需充电时充电控制芯片还可接替部分任务的处理，既提高了单片机系统的性能又降低了成本。
附图说明
图1为本发明所提供的具有可靠性设计的单片机系统的示意图；
其中附图标记101－第一中央处理器；102－第二中央处理器；103－随机存取存储器；104－只读存储器；105－检测切换电路；201－电量测量单元；202－充电控制芯片。
具体实施方式
现结合附图将本发明做进一步的说明。
如图1示出了本发明所提供的具有可靠性设计的单片机系统的示意图。一种具有可靠性设计的单片机系统，包括第一中央处理器101、第二中央处理器102、随机存取存储器103和只读存储器104，其中，当第一中央处理器101发生故障时，隔离第一中央处理器101并将第一中央处理器101处理的任务切换为由第二中央处理器102处理。
优选地，正常工作时，所述第一中央处理器101和所述第二中央处理器102同时工作且分别处理不同的任务；所述单片机系统还包括检测切换电路105，所述检测切换电路105用于检测所述第一中央处理器101是否发生故障，若所述检测切换电路105确定第一中央处理器101发生故障时，所述检测切换电路105隔离所述第一中央处理器101并且将第一中央处理器101处理的任务切换为由第二中央处理器102处理，即由第二中央处理器102处理所有的任务。
优选地，所述单片机系统由外接电源或充电电池供电，所述单片机系统还包括电量测量单元201和充电控制芯片202；当所述外接电源给单片机系统供电时，所述充电电池在充电控制芯片202的控制下由所述外接电源对所述充电电池进行充电，当所述外接电源断开时，所述充电电池给单片机系统供电；所述电量测量单元201用于测量所述充电电池的电量，在第一中央处理器101处理的任务切换为由第二中央处理器102处理之后，所述检测切换电路105与所述电量测量单元201通讯并获取所述充电电池的电量，若所述充电电池的电量大于第一阈值，则所述检测切换电路105隔离所述充电控制芯片202与充电电池的连接并将第二中央处理器102处理的任务中的部分任务切换为由所述充电控制芯片202处理，即所述第二中央处理器102和所述充电控制芯片202同时工作且分别处理不同的任务，此后，当所述电量测量单元201检测到所述充电电池的电量小于第二阈值，则发出中断信号到所述检测切换电路105，所述检测切换电路105将所述充电控制芯片202处理的任务切换为由第二中央处理器102处理，即由第二中央处理器102处理所有的任务，并且所述检测切换电路105恢复所述充电控制芯片202与充电电池的连接，其中第二阈值小于第一阈值。
本发明通过配置两个中央处理器，若其中一个发生故障，则可由另一个接替处理，大大增强了可靠性；而且中央处理器可以同时工作但处理不同的任务，既可以是处理不同外设的任务，比如一个中央处理器负责处理视频图像数据，而另一个中央处理器负责处理音频数据，也可以是处理不同性质的任务，比如一个中央处理器负责处理数据的存储等任务，而另一个中央处理器负责实时信号处理；本发明中，在一个中央处理器如第一中央处理器101发生故障时，可由第二中央处理器102负担处理所有的任务，另外，在充电电池的电量大于第一阈值即无需充电时，充电控制芯片也作为中央处理器使用，分担部分任务的处理，这样，既提高了单片机系统的性能又降低了成本，而若电量测量单元201检测到所述充电电池的电量小于第二阈值即电量较低的时候（这种情况为没有外接电源的情况），则发出中断信号到所述检测切换电路105，而将所述充电控制芯片202切换为对充电电池进行充电，中断信号的使用使得无需检测切换电路105实时或间断地查询电池的电量，从而可以相对降低系统的功耗。第一阈值可以例如为充电电池的满电量的60%，第二阈值可以例如为充电电池的满电量的30%，通过分别设定第一阈值和第二阈值这样两个阈值，可以避免单一阈值时充电电池的电量刚好接近该单一阈值而使得充电控制芯片202反复被切换而导致系统陷入死循环或致使硬件损坏。
优选地，所述第一中央处理器101在工作时发出连续脉冲到所述检测切换电路105，当大于预设时间后仍未接收到下一脉冲时，所述检测切换电路105确定第一中央处理器101发生故障。
优选地，当所述第一中央处理器101和所述第二中央处理器102同时工作且分别处理不同的任务时，或者所述第二中央处理器102和所述充电控制芯片202同时工作且分别处理不同的任务时，所述随机存取存储器103为所述第一中央处理器101和所述第二中央处理器102或者所述第二中央处理器102和所述充电控制芯片202共享，而且在一个时刻第一中央处理器101、所述第二中央处理器102或者所述充电控制芯片202中只有一个访问所述随机存取存储器103。
优选地，所述随机存取存储器103包括仲裁电路。仲裁电路可以使得在一个时刻第一中央处理器101、所述第二中央处理器102或者所述充电控制芯片202中只有一个访问所述随机存取存储器103，从而防止发生冲突而产生错误的数据。
优选地，所述随机存取存储器103为双端口随机存取存储器。双端口随机存取存储器是一种特殊的数据存贮芯片，具有两套完全独立的数据线、地址线、读写控制线，允许两个中央处理单元对双端口随机存取存储器的同一单元进行存取，具有两套完全独立的中断逻辑，实现两个中央处理单元间的握手控制信号，保证两个中央处理单元同时对同一单元进行读写操作的正确性。
优选地，所述双端口随机存取存储器的两个端口分别连接第一中央处理器101和所述第二中央处理器102。
优选地，所述检测切换电路105将第二中央处理器102处理的任务中的部分任务切换为由所述充电控制芯片202处理时，所述检测切换电路105将所述双端口随机存取存储器103与第一中央处理器101连接的端口切换为与所述充电控制芯片202连接。
本发明提供的具有可靠性设计的单片机系统中配置了两个中央处理器，一个发生故障则可由另一个接替处理，可靠性大大增强，而且，在无需充电时充电控制芯片还可接替部分任务的处理，既提高了单片机系统的性能又降低了成本。
当然，以上所述仅是本发明的较佳实施例，本发明并非局限于上述实施例和实施方法。相关技术领域的从业者可在本发明的技术思想许可的范围内进行不同的变化及实施，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (7)
1. 一种具有可靠性设计的单片机系统，包括第一中央处理器、第二中央处理器、随机存取存储器和只读存储器，其特征在于：当第一中央处理器发生故障时，隔离第一中央处理器并将第一中央处理器处理的任务切换为由第二中央处理器处理；正常工作时，所述第一中央处理器和所述第二中央处理器同时工作且分别处理不同的任务；所述单片机系统还包括检测切换电路，所述检测切换电路用于检测所述第一中央处理器是否发生故障，若所述检测切换电路确定第一中央处理器发生故障时，所述检测切换电路隔离所述第一中央处理器并且将第一中央处理器处理的任务切换为由第二中央处理器处理，即由第二中央处理器处理所有的任务；所述单片机系统由外接电源或充电电池供电，所述单片机系统还包括电量测量单元和充电控制芯片；当所述外接电源给单片机系统供电时，所述充电电池在充电控制芯片的控制下由所述外接电源对所述充电电池进行充电，当所述外接电源断开时，所述充电电池给单片机系统供电；所述电量测量单元用于测量所述充电电池的电量，在第一中央处理器处理的任务切换为由第二中央处理器处理之后，所述检测切换电路与所述电量测量单元通讯并获取所述充电电池的电量，若所述充电电池的电量大于第一阈值，则所述检测切换电路隔离所述充电控制芯片与充电电池的连接并将第二中央处理器处理的任务中的部分任务切换为由所述充电控制芯片处理，即所述第二中央处理器和所述充电控制芯片同时工作且分别处理不同的任务，此后，当所述电量测量单元检测到所述充电电池的电量小于第二阈值，则发出中断信号到所述检测切换电路，所述检测切换电路将所述充电控制芯片处理的任务切换为由第二中央处理器处理，即由第二中央处理器处理所有的任务，并且所述检测切换电路恢复所述充电控制芯片与充电电池的连接，其中第二阈值小于第一阈值。
2. 如权利要求1所述的具有可靠性设计的单片机系统，其特征在于：所述第一中央处理器在工作时发出连续脉冲到所述检测切换电路，当大于预设时间后仍未接收到下一脉冲时，所述检测切换电路确定第一中央处理器发生故障。
3. 如权利要求1所述的具有可靠性设计的单片机系统，其特征在于：当所述第一中央处理器和所述第二中央处理器同时工作且分别处理不同的任务时，或者所述第二中央处理器和所述充电控制芯片同时工作且分别处理不同的任务时，所述随机存取存储器为所述第一中央处理器和所述第二中央处理器或者所述第二中央处理器和所述充电控制芯片共享，而且在一个时刻所述第一中央处理器、所述第二中央处理器或者所述充电控制芯片中只有一个访问所述随机存取存储器。
4. 如权利要求1所述的具有可靠性设计的单片机系统，其特征在于：所述随机存取存储器包括仲裁电路。
5. 如权利要求1所述的具有可靠性设计的单片机系统，其特征在于：所述随机存取存储器为双端口随机存取存储器。
6. 如权利要求5所述的具有可靠性设计的单片机系统，其特征在于：所述双端口随机存取存储器的两个端口分别连接第一中央处理器和所述第二中央处理器。
7. 如权利要求6所述的具有可靠性设计的单片机系统，其特征在于：所述检测切换电路将第二中央处理器处理的任务中的部分任务切换为由所述充电控制芯片处理时，所述检测切换电路将所述双端口随机存取存储器与第一中央处理器连接的端口切换为与所述充电控制芯片连接。
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