CN109460314A - 一种嵌入式系统的双机热备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种嵌入式系统的双机热备装置，属于嵌入式系统技术领域。本发明利用AMP架构下非对称多核处理器的特点，在一块主机板(共有两个核)的每个核上运行单独的VxWorks操作系统，在每个单独的操作系统上实现双机热备功能。无需采用主机和备机两套设备，在一套设备机箱内部，每一块板卡均实现硬件资源双冗余。通过上述方式，实现了软件和硬件的双冗余。

Description

一种嵌入式系统的双机热备装置
技术领域
本发明属于嵌入式系统技术领域，具体涉及一种嵌入式系统的双机热备装置。
背景技术
目前最常见的双机容错技术有两种：
(1)采用第三方仲裁机构实现故障检测和双机切换；
(2)不用第三方仲裁机构，通过主备机身份识别，建立主备机之间的心跳通信，在主备机同步工作的前提下，实现主备机故障检测和切换。
上述两种方法均能实现双机热备功能，但是也都存在不足之处。
第一种双机容错技术的缺点是若第三方仲裁机构出现故障，则无法实现双机故障检测；第二种双机容错技术虽然没有利用第三方仲裁机构，但是若主机和备机在同一时间分别检测出不同类型的故障时，无法正确的实现双机切换功能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计在嵌入式系统中设计一种双机热备的装置，有效的保证嵌入式系统稳定、可靠、有效和持续运行。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种嵌入式系统的双机热备装置，所述装置包括：
运行在本设备的主机板上的第一内核，在第一内核中配置如下组件形成第一双机热备功能模块：
INCLUDE_AMP_CPU
INCLUDE_AMP_CPU_00
INCLUDE_MOB_PLB_0
INCLUDE_MOB_PLB_1
INCLUDE_MCB_SM
INCLUDE_MIPC_SM
INCLUDE_SHELL
INCLUDE_WRLOAD
以及运行在本设备主机板上的第二内核，在第二内核中配置如下组件形成第二双机热备功能模块：
INCLUDE_AMP_CPU
INCLUDE_AMP_CPU_01
INCLUDE_MOB_PLB_0
INCLUDE_MOB_PLB_1
INCLUDE_MCB_SM
INCLUDE_MIPC_SM
INCLUDE_SHELL
INCLUDE_WRLOAD_IMAGE_BUILD
所述本设备运行VxWorks系统，第一双机热备功能模块、第二双机热备功能模块用于完成以下功能：
在本设备上电运行后，主机板上第一内核的第一双机热备功能模块、第二内核的第二双机热备功能模块首先分别对设备内部其他板卡进行自检，自检完成后第一内核和第二内核均向外部设备发送心跳信号，在心跳信号中包含设备自检结果；
外部设备通过以太网和串口接收本设备发送的心跳信号，只要收到其中一个内核发送的心跳信号，则外部设备向该内核发送控制命令，开始和该内核进行通讯，而此时外部设备只接收另外一个内核的心跳信号，不向其发送控制命令；
外部设备在与其中一个内核通讯的过程中，该内核上的双机热备功能模块检测本设备内部的板卡是否有故障，若有则立即通知外部设备；同时，使用该故障板卡上的备份硬件资源进行工作；如果外部设备在与当前内核通讯的过程中，接收不到该内核的心跳信号，则外部设备立即停止与当前内核进行通讯，并且向另一个内核发送控制命令，开始与另一个内核进行通讯。
优选地，第一双机热备功能模块与第二双机热备功能模块的IP地址不同。
优选地，所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的1553B总线模块，所述1553B总线模块有双冗余总线通道。
优选地，所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的串口模块，所述串口模块采用两片TL16c554芯片互为备份。
优选地，所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的I/O模块；所述I/O模块实现了24路I/O接口的双冗余功能。
优选地，所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的双冗余网络模块，所述双冗余网络模块采用两片Intel 82580千兆网卡互为备份。
优选地，所述第一双机热备功能模块、第二双机热备功能模块均用于检测1553B总线模块、智能串口模块、智能I/O模块是否工作正常。
(三)有益效果
本发明利用VxWorks系统AMP架构的多核特性，将双机热备功能模块分别运行在机箱内主机板上的不同核内；机箱内剩余板卡上的硬件资源采用冗余备份的方式，由外部设备充当仲裁机构，将切换的主动权交给外部设备。在外部设备和本设备通讯过程中，由外部设备决定和哪个核进行通讯。这种方式在一套机箱内使用一块主机板和几块外设板卡实现了整个系统的双机热备。这种方法无需使用仲裁机构，由外部设备充当仲裁机构，将切换的主动权交给外部设备。在外部设备和本设备通讯过程中，由外部设备决定和哪个核进行通讯。在本设备工作过程中，检测到某块板卡上的硬件资源有故障，则使用该硬件资源的备份资源进行工作。即使多块板卡同时出现故障，只需使用板卡上的备份资源，就可保证整个系统正常工作。该方法完美解决了目前双机容错技术中存在的不足，本发明提出的方法具有成本低，易于实现，可靠性高，主备机切换时间短等优点，大大满足短事务、强实时系统的要求，最大限度的保证了嵌入式系统的安全性、可用性和可靠性，增强了双机热备系统在复杂、恶劣环境下的可维护性。
附图说明
图1是本发明的装置原理框图；
图2是利用本发明的装置实现的双机热备方法具体实现流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参考图1～图2，本发明提出的一种嵌入式系统的双机热备装置是在VxWorks系统下采用AMP(asymmetric muti-processing)多核架构实现双机热备，包括：
运行在本设备的主机板上的第一内核，在第一内核中配置如下组件形成第一双机热备功能模块：
INCLUDE_AMP_CPU
INCLUDE_AMP_CPU_00
INCLUDE_MOB_PLB_0
INCLUDE_MOB_PLB_1
INCLUDE_MCB_SM
INCLUDE_MIPC_SM
INCLUDE_SHELL
INCLUDE_WRLOAD
以及运行在本设备主机板上的第二内核，在第二内核中配置如下组件形成第二双机热备功能模块：
INCLUDE_AMP_CPU
INCLUDE_AMP_CPU_01
INCLUDE_MOB_PLB_0
INCLUDE_MOB_PLB_1
INCLUDE_MCB_SM
INCLUDE_MIPC_SM
INCLUDE_SHELL
INCLUDE_WRLOAD_IMAGE_BUILD
第一内核和第二内核上运行的双机热备功能模块除了IP地址不同外，其余功能性能完全相同。
所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的1553B总线模块，所述1553B总线模块有双冗余总线通道。所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的串口模块，所述串口模块采用两片TL16c554芯片互为备份。所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的I/O模块；所述I/O模块实现了24路I/O接口的双冗余功能。所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的双冗余网络模块，所述双冗余网络模块采用两片Intel 82580千兆网卡互为备份。
在本设备上电运行后，主机板上第一内核和第二内核内的双机热备功能模块首先分别对设备内部1553B总线模块、智能串口模块、智能I/O模块这几个板卡进行自检。自检完成后第一内核和第二内核均向外部设备发送心跳信号，在心跳信号中包含设备自检结果；
外部设备通过以太网和串口接收本设备发送的心跳信号，只要收到其中一个内核发送的心跳信号，则外部设备向该内核发送控制命令，开始和该内核进行通讯，而此时外部设备只接收另外一个内核的心跳信号，不向其(另一个内核)发送控制命令；
外部设备在与其中一个内核通讯的过程中，若该内核上的双机热备功能模块检测到本设备内部的板卡有故障，则立即通知外部设备；同时，使用该故障板卡上的备份硬件资源进行工作，以保证工作流程不会被终止；
如果外部设备在与当前内核通讯的过程中，接收不到该内核的心跳信号，则外部设备立即停止与当前内核进行通讯，并且向另一个内核发送控制命令，开始与另一个内核进行通讯。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种嵌入式系统的双机热备装置，其特征在于，所述装置包括：
运行在本设备的主机板上的第一内核，在第一内核中配置如下组件形成第一双机热备功能模块：
INCLUDE_AMP_CPU
INCLUDE_AMP_CPU_00
INCLUDE_MOB_PLB_0
INCLUDE_MOB_PLB_1
INCLUDE_MCB_SM
INCLUDE_MIPC_SM
INCLUDE_SHELL
INCLUDE_WRLOAD
以及运行在本设备主机板上的第二内核，在第二内核中配置如下组件形成第二双机热备功能模块：
INCLUDE_AMP_CPU
INCLUDE_AMP_CPU_01
INCLUDE_MOB_PLB_0
INCLUDE_MOB_PLB_1
INCLUDE_MCB_SM
INCLUDE_MIPC_SM
INCLUDE_SHELL
INCLUDE_WRLOAD_IMAGE_BUILD
所述本设备运行VxWorks系统，第一双机热备功能模块、第二双机热备功能模块用于完成以下功能：
在本设备上电运行后，主机板上第一内核的第一双机热备功能模块、第二内核的第二双机热备功能模块首先分别对设备内部其他板卡进行自检，自检完成后第一内核和第二内核均向外部设备发送心跳信号，在心跳信号中包含设备自检结果；
外部设备通过以太网和串口接收本设备发送的心跳信号，只要收到其中一个内核发送的心跳信号，则外部设备向该内核发送控制命令，开始和该内核进行通讯，而此时外部设备只接收另外一个内核的心跳信号，不向其发送控制命令；
外部设备在与其中一个内核通讯的过程中，该内核上的双机热备功能模块检测本设备内部的板卡是否有故障，若有则立即通知外部设备；同时，使用该故障板卡上的备份硬件资源进行工作；如果外部设备在与当前内核通讯的过程中，接收不到该内核的心跳信号，则外部设备立即停止与当前内核进行通讯，并且向另一个内核发送控制命令，开始与另一个内核进行通讯。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一双机热备功能模块与第二双机热备功能模块的IP地址不同。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的1553B总线模块，所述1553B总线模块有双冗余总线通道。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的串口模块，所述串口模块采用两片TL16c554芯片互为备份。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的I/O模块；所述I/O模块实现了24路I/O接口的双冗余功能。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述主机板通过双口RAM连接的并进行数据交互、位于机箱内的双冗余网络模块，所述双冗余网络模块采用两片Intel 82580千兆网卡互为备份。
7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一双机热备功能模块、第二双机热备功能模块均用于检测1553B总线模块、智能串口模块、智能I/O模块是否工作正常。
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