CN109361453A - 一种otn传送网设备中的主备倒换电路及倒换方法 - Google Patents
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Abstract
一种OTN传送网设备中的主备倒换电路及倒换方法,该电路包括左槽位控制板和右槽位控制板,所述左槽位控制板和右槽位控制板之间经2根互为反向的主备指示信号线连接,2根主备指示信号线的目的终端处均设有上拉电阻,所述的左槽位控制板和右槽位控制板均包括有CPU、可编程逻辑器件(CPLD)、其他电路模块,可编程逻辑器件(CPLD)包括软件就绪寄存器和倒换请求寄存器,所述CPU经寄存器访问接口与可编程逻辑器件(CPLD)连接,可编程逻辑器件(CPLD)经故障指示信号组件与其他电路模块连接。该电路采用纯硬件实现,主备板独立决策和独立运行,很好地提高系统稳定性,缩短倒换时间,极大地降低倒换错误发生的概率。
Description
技术领域
本发明其目的就在于提供一种OTN传送网设备中的主备倒换电路及倒换方法。
背景技术
在OTN传送网设备中,为了提高设备的可靠性,通常对控制板采用主备热备份这种冗余技术。在这种系统中两块相同的控制板同时工作,一块主用,另一块备用,并且将指示信号送给各个线路卡,用于选择背板信号通道来源。在实际实现中,有的总线信号在2个控制卡之间是直接相连的,这时由主卡驱动这些信号,而备卡将这些信号设置成高阻。主备卡还会有独立的业务信号线连到线路卡上,主备卡都同时驱动各自的业务信号,由线卡根据主备指示信号二选一。以上描述的系统在倒换过程中,总线控制信号的输出会有个转变过程要耗时间,特别是业务信号的倒换会造成业务的中断和重建,耗费时间很长,所以要求从故障发生到完成切换的时间越短越好,有时需要做到几个毫秒以下。
早期技术中通常采用循环程序检测判断主板状态,当发生故障时,通过心跳检测等较复杂的方法通知备用板,由备用板发起倒换申请。这种方法过多依赖软件支持,无法实时预测到设备板的突发故障,而且在主用板软件太忙时,会造成心跳的发送错误,也会在备用板软件太忙时,造成心跳的接收错误。执行倒换的命令也是通过软件下发,整个倒换时间的压缩有限。
后期有采用4线状态信号线实现的主备倒换系统。这种技术引入了申请态信号线,主要采用硬件控制,但是整个系统的状态个数多,且状态的跃迁路径复杂,增加了进入死态的风险,也占用了4根背板连线资源。另外,主备板都使用时钟驱动的数字逻辑,以互送的4根信号线为共同的状态跃迁的依据,需要主备板使用共同的时钟信号,以避免跨时钟域引入的时序判断错误,这样增加了系统的复杂度和出错风险。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种OTN传送网设备中的主备倒换电路及倒换方法,解决了现有OTN传送网设备中倒换系统占用背板连线资源多,倒换控制复杂,出错风险高的技术问题。
为实现上述目的而采取的技术方案是,一种OTN传送网设备中的主备倒换电路,该电路包括左槽位控制板和右槽位控制板,所述左槽位控制板和右槽位控制板之间经2根互为反向的主备指示信号线连接,2根主备指示信号线的目的终端处均设有上拉电阻,所述的左槽位控制板和右槽位控制板均包括有CPU、可编程逻辑器件(CPLD)、其他电路模块,可编程逻辑器件(CPLD)包括软件就绪寄存器和倒换请求寄存器,所述CPU经寄存器访问接口与可编程逻辑器件(CPLD)连接,可编程逻辑器件(CPLD)经故障指示信号组件与其他电路模块连接。
一种OTN传送网设备中的主备倒换电路的倒换方法,该倒换方法包括以下步骤:
步骤1、开始、延时A:首先将系统上电,CPU启动,整板完成上电复位,为了在每次上电后的主卡固定在某一个槽位,让CPU多做一个有区别的秒级延时再置位软件就绪寄存器;
步骤2、本板为备用板:将总线输出信号设为高阻,输出备用指示信号;
步骤3、软件是否就绪:实时监视CPLD的软件就绪寄存器,决策是否继续保持备用状态;
步骤4、其它电路是否正常:实时监视其它电路的故障指示信号,决策是否继续保持备用状态;
步骤5、对板是否为主:实时监视对板的主备指示信号,决策是否继续保持备用状态;
步骤6、本板为主用板:将总线输出信号设为驱动模式,并输出主用指示信号;
步骤7、倒换请求是否置位:实时监视CPLD的倒换请求寄存器,决策是否立即跃迁到备用态;
步骤8、对板是否为主:在本板为主的情况下,监视对板是否也为主,决策是否做冲突退让;
步骤9、延时B:在出现双主冲突时,本板和对板做不同的纳秒级退让延时。
有益效果
与现有技术相比本发明具有以下优点。
本发明解决了现有OTN传送网设备中倒换系统占用背板连线资源多,倒换控制复杂,出错风险高的技术问题,提供一种只需2根互联线、控制简单、倒换快速的倒换控制电路和方法,采用纯硬件实现,主备板独立决策和独立运行,很好地提高系统稳定性,缩短倒换时间,极大地降低倒换错误发生的概率。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步详述。
图1为本发明的主备倒换电路图;
图2为本发明的主备倒换流程图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明作进一步的说明。
一种OTN传送网设备中的主备倒换电路,该电路包括左槽位控制板1和右槽位控制板2,如图1所示,所述左槽位控制板1和右槽位控制板2之间经2根互为反向的主备指示信号线3连接,2根主备指示信号线3的目的终端处均设有上拉电阻4,所述的左槽位控制板1和右槽位控制板2均包括有CPU21、可编程逻辑器件22、电路模块23,可编程逻辑器件22包括软件就绪寄存器221和倒换请求寄存器222,所述CPU21经寄存器访问接口与可编程逻辑器件22连接,可编程逻辑器件22经故障指示信号组件与电路模块23连接。
所述的2根主备指示信号线3还与线路板卡5连接,线路板卡5插在背板6上,背板6上还设有数据通道7。
一种OTN传送网设备中的主备倒换电路的倒换方法,如图2所示,该倒换方法包括以下步骤:
步骤1、开始、延时A:首先将系统上电,CPU启动,整板完成上电复位,为了在每次上电后的主卡固定在某一个槽位,让CPU多做一个有区别的秒级延时再置位软件就绪寄存器;
步骤2、本板为备用板:将总线输出信号设为高阻,输出备用指示信号;
步骤3、软件是否就绪:实时监视CPLD的软件就绪寄存器,决策是否继续保持备用状态;
步骤4、其它电路是否正常:实时监视其它电路的故障指示信号,决策是否继续保持备用状态;
步骤5、对板是否为主:实时监视对板的主备指示信号,决策是否继续保持备用状态;
步骤6、本板为主用板:将总线输出信号设为驱动模式,并输出主用指示信号;
步骤7、倒换请求是否置位:实时监视CPLD的倒换请求寄存器,决策是否立即跃迁到备用态;
步骤8、对板是否为主:在本板为主的情况下,监视对板是否也为主,决策是否做冲突退让;
步骤9、延时B:在出现双主冲突时,本板和对板做不同的纳秒级退让延时。
该方法步骤的跃迁路径如下:
1)正常整框上电,左槽位的运行流程:1 [延时0秒] -> 2 -> ( 3 -> 4 -> 5 -> 6 ->7 -> 8 );说明:数字代表步骤,括号内是无限循环执行,直到条件改变;
2)正常整框上电,右槽位的运行流程:1 [延时5秒] -> (2 -> 3 -> 4 -> 5 );
3)如果发生双主冲突,左槽位的运行流程: 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8-> 9[延时40纳秒] -> ( 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 );
4)如果发生双主冲突,右槽位的运行流程: 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8-> 9[延时0纳秒] -> 3 -> 4 -> 5 -> (2 -> 3 -> 4 -> 5 );
5)有倒换请求发生,本板由主到备的运行流程:1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 3 -> 4 -> [倒换请求寄存器置位] 5 -> 6 -> 7 -> (2 -> 3 -> 4 -> 5 );说明:[倒换请求寄存器置位] 这个事件可以发生在任意时刻;一定时间后(如:40纳秒后),这个寄存器还需要被清零;
6)有倒换请求发生但是对板有故障,本板由主到备再到主的运行流程:1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 3 -> 4 -> [倒换请求寄存器置位] 5 -> 6 -> 7 -> 2 ->3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 2 -> 3 -> [倒换请求寄存器清零]4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8-> (3-> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8)。
参见图1,图中虚线框分别代表2块互为备份的控制板,并插在同一个背板6上,分别标注为左槽位控制板1和右槽位控制板2。在每个控制板内部,包含CPU21、CPLD22和其它电路模块23三大部分,其中: 1)CPU用于运行软件并扫描监视其外设电路等的工作状态,还负责完成同对板的CPU之间的数据通信并保证主备之间的数据配置同步,CPU可通过寄存器访问接口读写CPLD的寄存器,从而通知CPLD软件是否就绪或者提出倒换请求;2)CPLD负责运行主备判决的算法,综合3个方面的信息来源(寄存器值,其它电路故障指示和对板主备状态指示),决策本板的主备状态,并改变自己的主备指示输出,同时控制自己的总线输出信号的高阻状态;3)其它电路模块的范围很大,举例如电压电流监视,温度监视,业务线link状态监视等。
本发明简化了主备板之间的互联线至2根,其中1根是本板送给对板的主备指示信号,用于指示本板的当前主备状态;另1根是对板送给本板的主备指示信号,用于指示对板的当前主备状态。这2根线在背板上同时送给各个线路卡,作为线路卡的选择背板通道的控制源。这2根线分别在目的板卡的输入端都有上拉电阻,当对板不在位时,线路的状态是确定的备用状态,避免造成混乱。
在系统上电后,本板和对板都是默认的备用态。当CPU完成启动,并完成了整板初始化和配置,再完成各项自检后,将CPLD中的软件就绪寄存器置位,表示软件及其监视的电路已正常并达到成为主卡的要求。同理,其它电路也输出指示信号给CPLD,指示自己正常并达到成为主卡的要求。CPLD根据如上2个信息,在对板没有跃迁为主卡的前提下,自己主动跃迁为主卡,并通过输出主备指示信号,抑制了对板成为主卡的可能,从而使整个系统第一时间达到稳定工作阶段。
如上过程有几个要点需要在流程设计时注意:1)本板和对板同时跃迁为主卡,虽然这个冲突的概率非常小,如果碰上了,采用简单的退让算法就可解决,退让的延时时间根据所在槽位不同而设计成不同就可以了。2)系统整框多次开电过程中,会出现成功跃迁为主卡的槽位不固定的情况,虽不影响使用,但可以避免:在启动过程中,让某一个槽位(比如:右槽位)的控制板增加一个固定的秒级延时,就可以固定的让左槽位的控制板跃迁成为主。3)软件需要持续监视电路,发现故障及时改变软件就绪寄存器的值,这个值可以根据看门狗的原理设计成自清模式,可以监视到软件死机等异常情况。
在系统稳定运行过程中,如果主卡的软件因故改变就绪状态为”故障” 或者其它电路检测到故障并输出故障指示,CPLD将主动跃迁为备卡。此时,如果对板是处于软件就绪且其它电路无故障状态,就会立即跃迁成为主卡,从而完成了整个倒换过程。值得注意的是:如果对板也处于故障状态,那么将无法跃迁成为主卡,此时,系统会有2个备卡0个主卡,这种状态的前提是整框同时发生了2个以上的故障点,并且是分布在2个控制卡上,整个系统处于故障状态也就是不可避免的了。
还有一种倒换的情况,就是把正常运行的主卡拔掉,这时由于主备指示信号有上拉电阻,就会把信号置高(高:表示备用; 低:表示主用),对板根据这个信号立即将自己跃迁成为主卡,完成倒换过程。
在系统测试或者调试过程中,有时需要在系统正常情况下,通过人工命令让系统发生主备倒换。CPLD中的倒换请求寄存器可以很好的完成这个功能。CPU收到人工倒换请求命令后,将倒换请求寄存器置位,CPLD主动跃迁为备卡,此时对板立即跃迁为主卡,完成倒换。注意:倒换请求只发生在主卡中,备卡不理会倒换请求寄存器。倒换请求寄存器在置位后,可以由CPU主动清0,或者CPLD逻辑自动清0,以便于从对板再次倒换到本板。
本板和对板的CPU间的数据通道可以是任何类型的板间通道,如FE,GE或者其它。在OTN传送网设备中,主卡和备卡之间的配置数据和工作状态要求保持一致,这就需要主卡将自己的信息通过数据通道传送给备卡,备卡需要完成接收并完成执行后,再将CPLD的软件就绪状态位置位,为跃迁成主卡做准备。这个过程是需要较长时间的,所以,在刚完成倒换过后,需要过一段足够长的时间才能再次倒换。注意,在双备的情况下,都使用默认的配置数据来配置并完成软件就绪状态位的置位。
Claims (4)
1.一种OTN传送网设备中的主备倒换电路,该电路包括左槽位控制板(1)和右槽位控制板(2),其特征在于,所述左槽位控制板(1)和右槽位控制板(2)之间经2根互为反向的主备指示信号线(3)连接,2根主备指示信号线(3)的目的终端处均设有上拉电阻(4),所述的左槽位控制板(1)和右槽位控制板(2)均包括有CPU(21)、可编程逻辑器件(22)、电路模块(23),可编程逻辑器件(22)包括软件就绪寄存器(221)和倒换请求寄存器(222),所述CPU(21)经寄存器访问接口与可编程逻辑器件(22)连接,可编程逻辑器件(22)经故障指示信号组件与电路模块(23)连接。
2.根据权利要求1所述的一种OTN传送网设备中的主备倒换电路,其特征在于,所述的2根主备指示信号线(3)还与线路板卡(5)连接,线路板卡(5)插在背板(6)上,背板(6)上还设有数据通道(7)。
3.根据权利要求1所述的一种OTN传送网设备中的主备倒换电路的倒换方法,其特征在于,该倒换方法包括以下步骤:
步骤1、开始、延时A:首先将系统上电,CPU启动,整板完成上电复位,为了在每次上电后的主卡固定在某一个槽位,让CPU多做一个有区别的秒级延时再置位软件就绪寄存器;
步骤2、本板为备用板:将总线输出信号设为高阻,输出备用指示信号;
步骤3、软件是否就绪:实时监视CPLD的软件就绪寄存器,决策是否继续保持备用状态;
步骤4、其它电路是否正常:实时监视其它电路的故障指示信号,决策是否继续保持备用状态;
步骤5、对板是否为主:实时监视对板的主备指示信号,决策是否继续保持备用状态;
步骤6、本板为主用板:将总线输出信号设为驱动模式,并输出主用指示信号;
步骤7、倒换请求是否置位:实时监视CPLD的倒换请求寄存器,决策是否立即跃迁到备用态;
步骤8、对板是否为主:在本板为主的情况下,监视对板是否也为主,决策是否做冲突退让;
步骤9、延时B:在出现双主冲突时,本板和对板做不同的纳秒级退让延时。
4.根据权利要求3所述的一种OTN传送网设备中的主备倒换电路的倒换方法,其特征在于,该方法步骤的跃迁路径如下:
正常整框上电,左槽位的运行流程:1 [延时0秒] -> 2 -> ( 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7-> 8 );说明:数字代表步骤,括号内是无限循环执行,直到条件改变;
正常整框上电,右槽位的运行流程:1 [延时5秒] -> (2 -> 3 -> 4 -> 5 );
如果发生双主冲突,左槽位的运行流程: 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9[延时40纳秒] -> ( 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 );
如果发生双主冲突,右槽位的运行流程: 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9[延时0纳秒] -> 3 -> 4 -> 5 -> (2 -> 3 -> 4 -> 5 );
有倒换请求发生,本板由主到备的运行流程:1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 ->8 -> 3 -> 4 -> [倒换请求寄存器置位] 5 -> 6 -> 7 -> (2 -> 3 -> 4 -> 5 );说明:[倒换请求寄存器置位] 这个事件可以发生在任意时刻;一定时间后(如:40纳秒后),这个寄存器还需要被清零;
有倒换请求发生但是对板有故障,本板由主到备再到主的运行流程:1 -> 2 -> 3 ->4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 3 -> 4 -> [倒换请求寄存器置位] 5 -> 6 -> 7 -> 2 -> 3-> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 2 -> 3 -> [倒换请求寄存器清零]4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 ->(3-> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8)。
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