CN109194497A - 面向软件无线电系统的双srio网络备份系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向软件无线电系统的双SRIO网络备份系统，包含二个GSIM模块和若干功能模块，GSIM模块和功能模块内部均包含SRIO交换机，功能模块内部的SRIO交换机一端连接到二个GSIM模块的SRIO交换机，另一端连接到本模块的各个计算节点，在主GSIM模块出现故障后备份GSIM模块替代主GSIM。本发明实现了当主网络出现故障时，软件无线电系统能够及时切换到备份网络，防止功能失效。

Description

面向软件无线电系统的双SRIO网络备份系统

技术领域

本发明涉及软件无线电(Software Defined Radio，以下简称SDR)系统中的高速总线网络冗余设计，以及总线网络的主备切换方法，尤其是基于软件通信架构(SoftwareCommunication Architecture，以下简称SCA)的SDR系统上双高速串行总线(SerialRapidIO，以下简称SRIO)网络切换方法。

背景技术

SDR系统通过硬件和软件的结合使射频设备具有了可重配置的能力，在不改变硬件的前提下，可以通过改变软件来实现不同的射频功能。它改变了传统观念，从软件化、智能化、通用化、个人化和兼容性等各个方面为无线通信带来深远的影响，逐渐形成和计算机及程控交换机相当的巨大产业。

SCA通过面向对象方法划分软件/硬件结构，建立了开放的系统标准，提供了与具体实现无关的软件无线电开发框架，保证了软、硬件的可移植、可重构及设备的互操作性。

随着高性能运算芯片以及大规模可编程阵列的发明，SDR系统在硬件运算性能上得到了越来越大的提升；而随着高速(Gb级)串行总线，如PCIE、RapidIO的发明，计算节点间的通信带宽能力大大提高，为处理宽带信号提供了支持，大大提升了SDR系统的应用范围，并且为分布式的SDR系统提供了可靠支持。

SDR系统由现场可更换模块(LRM)构成，主要分为主控交换模块(GSIM)、信号处理模块(GSPM)、数据处理模块(GDPM)等。由于高速总线在SDR系统中负责联通各个计算节点，且该SDR系统应用于航空、航天等高可靠性要求领域，因此在可靠性上，对于总线具有很高的要求。而对于SDR系统采用的SRIO网络来说，其通常由节点与交换机构成，当某些节点或者交换机出故障时，可能会导致交换机无法正常交换数据包，导致节点间无法通信，造成整个网络的故障，甚至无法在线恢复，而一旦出现这种情况，将造成整机功能失效。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种面向软件无线电系统的双SRIO网络备份系统，实现了当主网络出现故障时，SDR系统功能能够及时切换到备份网络，防止功能失效。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种面向软件无线电系统的双SRIO网络备份系统，包含二个GSIM模块和若干功能模块，GSIM模块和功能模块内部均包含SRIO交换机，功能模块内部的SRIO交换机一端连接到二个GSIM模块的SRIO交换机，另一端连接到本模块的各个计算节点，GSIM模块还包含GPP，当二个GSIM模块确定主备关系后，主GSIM模块上的GPP执行以下程序步骤：

A1、执行波形组件，同时监控自身的健康状态，当健康状态正常时，向备份GSIM模块发送心跳包及备份信息，其中心跳包用来表征主GSIM模块工作正常，备份信息包括当前软件无线电系统的波形组件部署情况；

A2、当健康状态不正常时，发送切换通知；

A3、当接收到备份GSIM模块发送的复位命令后，重新启动并切换身份为备份GSIM模块；

备份GSIM模块上的GPP执行以下程序步骤：

B1、接收主GSIM模块发送的心跳包及备份信息；

B2、当接收到主GSIM模块发送的切换通知，或者超时未接收心跳包后，向所有功能模块发送波形停止命令，向主GSIM模块发送复位命令；

B3、切换身份为主GSIM模块，配置所有交换机的路由表，使所有功能模块的数据均通过本GSIM模块完成转发，并加载备份信息，重新部署各功能模块的波形组件，恢复软件无线电系统之前的运行状态，完成的总线主备切换。

优选地，二个GSIM模块在上电时，GSIM模块上的GPP通过执行以下步骤确定主备关系：

C1、GSIM模块完成启动后，读取整个软件无线电系统的BIT信息；

C2、将自身身份设为备份GSIM模块；

C3、读取另一GSIM模块是否在位，如果不在位，则设本GSIM模块为“主GSIM模块”，跳过后续步骤，正常运行波形组件，如果在位，则执行C4；

C4、读取另一GSIM模块的主备属性，当另一GSIM模块的身份为“主GSIM模块”时，不对自身身份修改，当另一GSIM模块的身份为“备份GSIM模块”时，修改自身身份为“主GSIM模块”。

优选地，二个GSIM模块之间通过CAN总线传输主备切换命令传输、心跳包、主备属性查询以及备份数据。

优选地，二个GSIM模块所插的插槽上设有槽位号，槽位号里记录了GSIM模块的主备属性。

本发明的有益效果在于：

1.本发明针对采用高速总线的SDR系统总线可靠性问题，提出了双SRIO总线冗余备份的方案，可以显著提高SDR系统的可靠性。

2.本发明针对具有双SRIO总线网络的基于SCA的SDR系统主备切换需求，提出了一种相对简便的策略，实现了高速总线网络的主备切换。

3.本发明虽然会造成SDR系统波形功能暂停数秒，但是可以保证切换的成功率，减少了系统复杂度。

附图说明

图1为面向软件无线电系统的双SRIO网络备份系统的结构示意图；

图2为双SRIO网络备份系统的SDR系统整体工作流程图；

图3为主从模块识别流程；

图4为主备切换方法。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

先给出如下定义：

定义1：GPP：通用处理器，一般指通用CPU芯片。

定义2：DSP：一种专门用来实现信号处理算法的微处理器芯片。

定义3：FPGA：现场可编程门阵列，其逻辑功能可以进行重定义。

定义4：波形组件：运行在SDR系统上执行一个特定的遵从SCA功能的程序，实现期望的无线电功能。

定义5：设备：硬件器件(GPP、FPGA、DSP)的统称。

定义6：逻辑设备：SCA规范中，作为软件代理对设备进行抽象的一种虚拟设备。

定义7：网络：本文所使用SDR系统的SRIO总线网络。

定义8：GSIM：通用交换接口模块，包含一块负责SDR系统管理的GPP以及若干SRIO交换机，构成整个总线网络。

定义9：GSPM：通用信号处理模块，包含若干DSP以及FPGA，由SRIO交换机连接，负责SDR系统的信号处理。

定义10：GDPM：通用数据处理模块，包含若干GPP，由SRIO交换机连接，负责SDR系统的数据信息处理。

定义11：BIT：机内自检，对SDR系统软硬件健康状态进行诊断，并上报故障信息，进行故障隔离。

参见图1所示，本实施所示的面向软件无线电系统的双SRIO网络备份系统包括两个GSIM模块和若干个功能模块，功能模块包含两个GDPM模块、4个GSPM模块、其他功能模块若干。

以下详细介绍面向软件无线电系统的双SRIO网络备份系统的硬件组成：

1.双高速SRIO总线

GSIM模块和功能模块内部均包含SRIO交换机，功能模块内部的SRIO交换机一端连接到二个GSIM模块的SRIO交换机，另一端连接到本模块的各个计算节点，构成整个SDR系统的双SRIO总线备份。

2.SDR系统管理总线

在本实施例，除了SRIO总线还设计了CAN总线，由SRIO总线负责跑SDR系统业务，由CAN负责主备切换命令传输、主备监控心跳包的传输、主从属性查询以及备份数据的传输。这样，当SRIO故障时，也可以通过can控制各个功能模块和GSIM模块。CAN总线连接在每个GSIM模块和功能模块上，利用CAN总线的可靠性，实现SDR系统最基本的数据共享。

3.背板槽位识别设计

通过在插槽上设计专用识别引脚，每个GSIM模块可以识别出自身所在的槽位号，这样GSIM模块的GPP可以识别出所有GSIM模块的在位情况和主备属性。

4.SDR系统BIT信息汇集

GSIM模块的GPP可以读取全SDR系统所有模块的健康信息，包括电压、温度以及总线端口状态等。

5.模块复位设计

每个GSIM模块和功能模块都有专门且独立运行的MCU用来实现模块的基本管理，在主备切换方面，MCU可以在GPP接收到复位指令后，实现模块整体的下电复位，保证了复位效果以及可靠性。

参见图2，以下详细介绍SDR系统主备切换技术的逻辑实现：

1.SDR系统上电

1)将所有模块插入背板，接好线缆，SDR系统上电后，两个GSIM模块分别执行各自GPP的BSP及操作系统初始化，完成模块基本功能的配置，并读取全SDR系统的BIT信息。

2.主从识别策略，由GSIM模块中的GPP实施

1)GSIM模块完成系统启动后，并读取全SDR系统的BIT信息；

2)GSIM模块读取自身的槽位号并将自身身份设为“备份”；

3)GSIM模块读取另一GSIM模块是否在位，如果不在位，则设本板为“主GSIM模块”，跳过后续步骤，正常运行任务，如果在位，则执行4；

4)GSIM模块读取另一GSIM模块的主从属性，对于备槽位GSIM，当主槽位在位时，不对自身修改，依旧保持备份的身份；对于主槽位GSIM，当备槽位GSIM身份为“主要”时，则设置自己为“备份”，反之设置自己为“主要”，启动SCA环境，执行波形任务，同时定时向备份GSIM通过CAN总线发送心跳包及备份信息。

3.主GSIM模块健康状态监控，由GSIM模块中的GPP实施

1)“主要”GSIM模块运行时，做自身的BIT检测，监控自身健康状态，当健康状态正常时，周期向备份GSIM模块发送心跳包及备份信息，其中心跳包用来表征主GSIM模块工作正常，备份信息包括当前软件无线电系统的波形组件部署情况；

2)当健康状态不正常时，发送切换通知。当发生严重故障，主GSIM模块失去工作能力时，其发送心跳包能力随之停止。备份GSIM模块收到切换通知，或者接收心跳包超时后，执行主备切换动作。

4.执行主从切换，由GSIM模块中的GPP实施

1)备份GSIM模块接收主GSIM模块发送的心跳包及备份信息；

2)当备份GSIM模块接收到主GSIM模块发送的切换通知，或者超时未接收心跳包后，则向所有功能模块发送波形停止命令，向主GSIM模块发送复位命令。主GSIM模块接收到备份GSIM模块发送的复位命令后，重新启动并切换身份为备份GSIM模块；

3)备份GSIM模块切换身份为主GSIM模块，配置所有交换机的路由表，使所有功能模块的数据均通过本GSIM模块完成转发，并加载备份信息，重新部署各功能模块的波形组件，恢复软件无线电系统之前的运行状态，完成的总线主备切换。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种面向软件无线电系统的双SRIO网络备份系统，包含二个GSIM模块和若干功能模块，GSIM模块和功能模块内部均包含SRIO交换机，功能模块内部的SRIO交换机一端连接到二个GSIM模块的SRIO交换机，另一端连接到本模块的各个计算节点，GSIM模块还包含GPP，当二个GSIM模块确定主备关系后，主GSIM模块上的GPP执行以下程序步骤：

A1、执行波形组件，同时监控自身的健康状态，当健康状态正常时，向备份GSIM模块发送心跳包及备份信息，其中心跳包用来表征主GSIM模块工作正常，备份信息包括当前软件无线电系统的波形组件部署情况；

A2、当健康状态不正常时，发送切换通知；

A3、当接收到备份GSIM模块发送的复位命令后，重新启动并切换身份为备份GSIM模块；

备份GSIM模块上的GPP执行以下程序步骤：

B1、接收主GSIM模块发送的心跳包及备份信息；

B2、当接收到主GSIM模块发送的切换通知，或者超时未接收心跳包后，备份GSIM模块向所有功能模块发送波形停止命令，向主GSIM模块发送复位命令；

B3、切换身份为主GSIM模块，配置所有交换机的路由表，使所有功能模块的数据均通过本GSIM模块完成转发，并加载备份信息，重新部署各功能模块的波形组件，恢复软件无线电系统之前的运行状态，完成的总线主备切换。

2.根据权利要求1所述的面向软件无线电系统的双SRIO网络备份系统，其特征在于所述二个GSIM模块在上电时，GSIM模块上的GPP通过执行以下步骤确定主备关系：

C1、GSIM模块完成启动后，读取整个软件无线电系统的BIT信息；

C2、将自身身份设为备份GSIM模块；

C3、读取另一GSIM模块是否在位，如果不在位，则设本GSIM模块为“主GSIM模块”，跳过后续步骤，正常运行波形组件，如果在位，则执行C4；

C4、读取另一GSIM模块的主备属性，当另一GSIM模块的身份为“主GSIM模块”时，不对自身身份修改，当另一GSIM模块的身份为“备份GSIM模块”时，修改自身身份为“主GSIM模块”。

3.根据权利要求1所述的面向软件无线电系统的双SRIO网络备份系统，其特征在于二个GSIM模块之间通过CAN总线传输主备切换命令、心跳包、主备属性查询以及备份数据。

4.根据权利要求1所述的面向软件无线电系统的双SRIO网络备份系统，其特征在于所述二个GSIM模块所插的插槽上设有槽位号，槽位号里记录了GSIM模块的主备属性。