CN112578723A - 一种多余度cpld切换控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多余度CPLD切换控制装置，包括：JTAG接口、余度切换控制模块和三个总线驱动器，JTAG接口与余度切换控制模块相连；余度切换控制模块与总线、JTAG接口相连，通过输出使能信号与三个总线驱动器相连，通过JTAG总线与CPLD1、CPLD2、CPLD3相连；总线驱动器1与总线及CPLD1、受控电路相连，同时通过输出使能信号与余度切换控制模块相连；总线驱动器2与总线及CPLD2、受控电路相连，通过输出使能信号与余度切换控制模块相连；总线驱动器3与总线及CPLD3、受控电路相连，同时通过输出使能信号与余度切换控制模块相连。本发明可实时检测CPLD对指令的响应和执行情况并据此进行余度切换，其检测功能全面、实用价值高。

Description

一种多余度CPLD切换控制装置
技术领域
本发明属于CPLD余度切换技术领域，涉及一种多余度CPLD切换控制装置。
背景技术
CPLD具有无需外部存储器、使用简单、速度快等诸多优点，已经在军事、工业、医疗和消费电子等领域得到广泛应用。对于某些关键设备，为避免单个CPLD故障而导致的系统或人身安全等问题，往往采用多余度CPLD的设计方案。多余度CPLD设计需要相应的余度切换控制电路，以往的切换控制多采用主动上报方式，即CPLD通过总线或心跳等方式主动向切换控制电路上报运行状态，当切换控制电路发现总线或心跳异常时进行余度切换，该方式虽然可以在发现异常后完成余度切换功能，但由于总线或心跳等方式无法全面体现CPLD对指令的响应和执行情况，因此存在一定的局限性。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：针对现有多余度CPLD切换控制方式存在的异常检测局限性问题，提供一种多余度CPLD切换控制装置。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种多余度CPLD切换控制装置，包括：JTAG接口、余度切换控制模块和多个总线驱动器，连接关系为：JTAG接口与余度切换控制模块相连；余度切换控制模块与总线、JTAG接口相连，并通过输出使能信号与总线驱动器相连，通过JTAG总线与各CPLD相连；各总线驱动器与总线及相应CPLD、受控电路相连，同时通过输出使能信号与余度切换控制模块相连。
所述JTAG接口为包含CPLD选择信号的JTAG接口，用于对指定CPLD器件进行编程；CPLD选择信号由多根数字信号线提供，并由上拉或下拉电阻指定信号的默认状态。
所述余度切换控制模块根据CPLD选择信号判断进入编程模式或者切换控制模式，当CPLD选择信号为默认状态时，进入切换控制模式，否则进入编程模式；在切换控制模式下，余度切换控制模块可实时获取总线指令和数据，同时通过JTAG总线实时读取当前余度CPLD器件的各引脚状态，根据总线指令、数据和引脚状态变化情况判断该CPLD对指令的响应和执行是否正确，当发现异常时，通过输出使能信号关闭当前余度CPLD对应总线驱动器的信号输出、使能另一余度CPLD对应总线驱动器的信号输出，实现余度切换；在编程模式下，余度切换控制模块根据CPLD选择信号将指定的CPLD器件JTAG总线与JTAG接口相连，从而通过JTAG接口实现对指定CPLD器件的编程。
除当前余度CPLD外，所述余度切换控制模块具有对非当前余度无异常CPLD的实时监测功能，具体是在切换控制模式下，对于非当前余度CPLD，如果该CPLD未曾出现异常，则只关闭该CPLD对总线输出和该CPLD与受控电路之间相互输出的输出使能信号，而使能总线对该CPLD的信号输出，当余度切换控制模块获取到总线指令和数据时，通过JTAG总线实时读取该CPLD器件的各引脚状态，根据总线指令、数据和引脚状态变化情况判断该CPLD对指令的执行是否正确，当发现异常时，关闭总线对该CPLD的信号输出以避免由于短路等问题影响其他电路正常工作，同时在后续余度切换时不再选择该余度的CPLD。
总线驱动器位于CPLD与总线、CPLD与受控电路之间，通过对各总线驱动器的输出使能控制完成余度切换功能。总线对CPLD输出、CPLD对总线输出以及CPLD与受控电路之间相互输出的三组信号可分别通过输出使能信号进行控制；
(三)有益效果
上述技术方案所提供多余度CPLD切换控制装置，可实时检测CPLD对指令的响应和执行情况并据此进行余度切换，其检测功能全面、实用价值高。
附图说明
图1是本发明一种多余度CPLD切换控制装置的组成框图。
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。
本实施例以三余度CPLD为例进行说明。
参照图1所示，本实施例多余度CPLD切换控制装置由JTAG接口、余度切换控制模块和三个总线驱动器构成，连接关系如下：
JTAG接口与余度切换控制模块相连；
余度切换控制模块与总线、JTAG接口相连，并通过输出使能信号与总线驱动器1、总线驱动器2、总线驱动器3相连，通过JTAG总线与CPLD1、CPLD2、CPLD3相连；
总线驱动器1与总线及CPLD1、受控电路相连，同时通过输出使能信号与余度切换控制模块相连；总线驱动器2与总线及CPLD2、受控电路相连，同时通过输出使能信号与余度切换控制模块相连；总线驱动器3与总线及CPLD3、受控电路相连，同时通过输出使能信号与余度切换控制模块相连。
所述JTAG接口为包含CPLD选择信号的JTAG接口，用于对指定CPLD器件进行编程；CPLD选择信号由两根数字信号线提供，并由下拉电阻指定信号的默认状态00，当信号线为01时，表示选择CPLD1，10表示选择CPLD2，11表示选择CPLD3。
所述余度切换控制模块根据CPLD选择信号判断进入编程模式还是切换控制模式，当CPLD选择信号为默认状态00时，进入切换控制模式，否则进入编程模式；在切换控制模式下，余度切换控制模块可实时获取总线指令和数据，同时通过JTAG总线实时读取当前余度CPLD器件的各引脚状态，根据总线指令、数据和引脚状态变化情况判断该CPLD对指令的响应和执行是否正确，当发现异常时，通过输出使能信号关闭当前余度CPLD对应总线驱动器的信号输出、使能另一余度CPLD对应总线驱动器的信号输出，实现余度切换；对CPLD器件各引脚状态的实时读取通过JTAG总线的SAMPLE/PRELOAD指令实现；在编程模式下，余度切换控制模块根据CPLD选择信号将指定的CPLD器件JTAG总线与JTAG接口相连，从而通过JTAG接口实现对指定CPLD器件的编程。
除当前余度CPLD外，所述余度切换控制模块具有对非当前余度无异常CPLD的实时监测功能，具体是在切换控制模式下，对于非当前余度CPLD，如果该CPLD未曾出现异常，则只关闭该CPLD对总线输出和该CPLD与受控电路之间相互输出的输出使能信号，而使能总线对该CPLD的信号输出，当余度切换控制模块获取到总线指令和数据时，通过JTAG总线实时读取该CPLD器件的各引脚状态，根据总线指令、数据和引脚状态变化情况判断该CPLD对指令的执行是否正确，当发现异常时，关闭总线对该CPLD的信号输出以避免由于短路等问题影响其他电路正常工作，同时在后续余度切换时不再选择该余度的CPLD。
总线驱动器位于CPLD与总线、CPLD与受控电路之间，通过对各总线驱动器的输出使能控制完成余度切换功能。总线对CPLD输出、CPLD对总线输出以及CPLD与受控电路之间相互输出的三组信号可分别通过输出使能信号进行控制；每个总线驱动器由多个总线驱动芯片构成。
为便于描述，将总线对CPLD1输出使能信号记为EN1a、CPLD1对总线输出使能信号记为EN1b、CPLD与受控电路之间相互输出的使能信号记为EN1c，同理，CPLD2对应的输出使能信号记为EN2a、EN2b、EN2c，CPLD3对应的输出使能信号记为EN3a、EN3b、EN3c。在当前余度为CPLD1，且CPLD2和CPLD3均未曾出现异常时，EN1a、EN1b、EN1c、EN2a、EN3a信号均处于使能状态，EN2b、EN2c、EN3b、EN3c均处于未使能状态，当检测到CPLD2异常后，将EN2a置于未使能状态；如果在CPLD2异常后当前余度CPLD1出现异常，则将当前余度切换至CPLD3，即将EN1a、EN1b、EN1c置于未使能状态，将EN3a、EN3b、EN3c置于使能状态；如果在CPLD1出现异常前CPLD2、CPLD3均未曾出现异常，则在CPLD1出现异常时将当前余度切换至CPLD2，即将EN1a、EN1b、EN1c置于未使能状态，将EN2a、EN2b、EN2c置于未使能状态，此时EN3a仍处于使能状态。
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 (10)

1.一种多余度CPLD切换控制装置，其特征在于，包括：JTAG接口、余度切换控制模块和多个总线驱动器，连接关系为：JTAG接口与余度切换控制模块相连；余度切换控制模块与总线、JTAG接口相连，并通过输出使能信号与总线驱动器相连，通过JTAG总线与各CPLD相连；各总线驱动器与总线及相应CPLD、受控电路相连，同时通过输出使能信号与余度切换控制模块相连。
2.如权利要求1所述的多余度CPLD切换控制装置，其特征在于，所述JTAG接口为包含CPLD选择信号的JTAG接口，用于对指定CPLD器件进行编程；CPLD选择信号由多根数字信号线提供，并由上拉或下拉电阻指定信号的默认状态。
3.如权利要求2所述的多余度CPLD切换控制装置，其特征在于，所述余度切换控制模块根据CPLD选择信号判断进入编程模式或者切换控制模式，当CPLD选择信号为默认状态时，进入切换控制模式，否则进入编程模式。
4.如权利要求3所述的多余度CPLD切换控制装置，其特征在于，在切换控制模式下，余度切换控制模块实时获取总线指令和数据，同时通过JTAG总线实时读取当前余度CPLD器件的各引脚状态，根据总线指令、数据和引脚状态变化情况判断该CPLD对指令的响应和执行是否正确，当发现异常时，通过输出使能信号关闭当前余度CPLD对应总线驱动器的信号输出，使能另一余度CPLD对应总线驱动器的信号输出，实现余度切换。
5.如权利要求4所述的多余度CPLD切换控制装置，其特征在于，在编程模式下，余度切换控制模块根据CPLD选择信号将指定的CPLD器件JTAG总线与JTAG接口相连，通过JTAG接口实现对指定CPLD器件的编程。
6.如权利要求5所述的多余度CPLD切换控制装置，其特征在于，除当前余度CPLD外，所述余度切换控制模块具有对非当前余度无异常CPLD的实时监测功能，具体是在切换控制模式下，对于非当前余度CPLD，如果该CPLD未曾出现异常，则只关闭该CPLD对总线输出和该CPLD与受控电路之间相互输出的输出使能信号，而使能总线对该CPLD的信号输出，当余度切换控制模块获取到总线指令和数据时，通过JTAG总线实时读取该CPLD器件的各引脚状态，根据总线指令、数据和引脚状态变化情况判断该CPLD对指令的执行是否正确，当发现异常时，关闭总线对该CPLD的信号输出，同时在后续余度切换时不再选择该余度的CPLD。
7.如权利要求6所述的多余度CPLD切换控制装置，其特征在于，所述总线驱动器位于CPLD与总线、CPLD与受控电路之间，通过对各总线驱动器的输出使能控制完成余度切换功能。
8.如权利要求7所述的多余度CPLD切换控制装置，其特征在于，连接用的总线对CPLD输出、CPLD对总线输出以及CPLD与受控电路之间相互输出的三组信号可分别通过输出使能信号进行控制。
9.如权利要求2所述的多余度CPLD切换控制装置，其特征在于，所述切换控制装置为三余度CPLD切换控制装置，CPLD有三个，总线驱动器有三个。
10.如权利要求9所述的多余度CPLD切换控制装置，其特征在于，所述CPLD选择信号由两根数字信号线提供，并由下拉电阻指定信号的默认状态00，当信号线为01时，表示选择CPLD1，10表示选择CPLD2，11表示选择CPLD3。
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