CN114398088B - 一种软硬件协同控制的自管理主备切换方法 - Google Patents

一种软硬件协同控制的自管理主备切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软硬件协同控制的自管理主备切换方法，它涉及数字复分接设备的主控板的主备切换，它由CPU模块、FPGA模块、以太网接口、以太网交换模块等组成。本发明实现复接器主控板主备切换；无需专门的管理控制单元，由主控板自管理实现；主备切换由FPGA和CPU实现软硬件协同控制实现，在主控CPU程序异常的情况下能够完成切换功能；主备切换无需插拔电缆和更换维护管理IP地址；主备主控板的复分接参数同步更新，业务复分接同时进行，主备切换对当前的业务传输影响小。本发明适用可靠性要求较高的数字复分接器。

Description

一种软硬件协同控制的自管理主备切换方法
技术领域
本发明提出了一种软硬件协同控制的自管理主备切换方法，它主要解决任务可靠性要求较高的数字复接器，在无其他管理控制单元时，冗余设计的主控单元板主备切换问题。
背景技术
主控板是复接器的核心处理单元板，完成各业务的复分接和设备的维护管理等功能。主控板的1:1冗余设计可以有效提高设备的任务可靠性，当主用的主控板发生故障时设备自动切换到备用主控板，保证设备的正常工作。
当前的主备切换技术大部分由专用的管理控制单元进行切换控制，增加了设备实现的复杂度；冗余设计的单元板各自独立工作，需要将维护线缆由主用板卡拔插到原备用板卡实现主备切换后的设备管理；一些主备切换是由冗余设计单元的处理器管理控制，如果处理器程序出现故障，无法完成主备切换。
发明内容
本发明的目的在于在解决任务可靠性要求较高的数字复接器，冗余设计的主控单元板主备切换问题，满足在不插拔维护电缆和修改维护管理计算机的IP地址，不需要重新设置复分接参数的情况下，故障自动切换和手动切换。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
一种软硬件协同控制的自管理主备切换方法，包括以下过程：
主用主控板的处理过程
正常工作流程：主用主控板的CPU模块通过私有IP地址向备用主控板的CPU模块发送心跳信号，并监测接收的心跳信号，将备用主控板的心跳信号监测结果和本板卡的心跳状态设置到本板卡FPGA模块的心跳寄存器；同时使用虚拟IP地址进行命令接收和状态上报，根据接收到的命令进行本板卡的参数设置，然后通过私有IP地址进行备用主控板的信息同步；
主用主控板的FPGA模块监测心跳寄存器，检测本板卡和备用主控板的心跳状态；通过FPGA信号通道与备用主控板进行工作状态的指示；并完成各业务的复分接功能，将数据输出设置为正常输出；
主备切换流程：主用主控板的FPGA模块监测到心跳寄存器异常或接收到主备热切换命令时，向备用主控板的FPGA模块发送切换申请，将本板卡的复分接数据输出设置为高阻，主备状态指示寄存器设置为备用状态；
备用主控板的处理过程
正常工作流程：备用控制板的CPU模块通过私有IP地址向主用主控板的CPU模块发送心跳信号，并监测接收的心跳信号，将主用主控板的心跳信号监测结果和本板卡的心跳状态设置到本板卡FPGA模块的心跳寄存器；同时使用私有IP地址与主用主控板进行信息同步；
备用控制板的FPGA模块监测心跳寄存器，检测本板卡和主用主控板的心跳状态；通过FPGA信号通道与主用主控板进行工作状态的指示；并进行各业务的复分接功能，将数据输出设置为高阻；
主备切换流程：备用主控板的FPGA模块监测到主用主控板FPGA模块的切换申请后，将本板卡的数据输出设置为正常输出，主备状态指示寄存器设置为主用状态，并通过CPU模块接口通知本板卡的CPU模块启用虚拟IP地址，使用虚拟IP地址进行命令接收和状态上报，根据接收到的命令进行本板卡的参数设置。
进一步的，主用主控板进行主备切换时，若本板卡的心跳信号异常，则通过CPU模块接口通知CPU模块将本板卡的虚拟IP地址删除；若接收不到本板卡的心跳信号，则将本板卡的CPU模块复位。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明不需要单独的切换控制单元，由冗余设计的主控板的CPU模块和FPGA模块协同工作、自管理实现，简化了设计；
2、本发明由FPGA监测主备主控板的心跳状态，实现了当处理器程序出现异常时的主备切换，提高了设备的任务可靠性；
3、本发明使设备的维护管理更加方便，对于不需要插拔维护管理电缆，不需要更改维护管理计算的IP地址设置，就可以实现切换后的设备维护管理；
4、本发明保证了冗余设计的主控板的信息同步，复分接参数改变时，备用工作的单元板同步完成设备复分接参数的改变；备用工作的复分接单元同步实现业务数据的复分接，主控板的主备切换对业务传输的影响非常小。
附图说明
图1是本发明实现原理框图。
其中，1、主用主控板CPU模块，2、主用主控板FPGA模块，3、主用主控板以太网接口模块，4、以太网交换模块，5、备用主控板FPGA模块，6、备用主控板CPU模块，7、备用主控板以太网接口模块。
具体实施方式
本发明主备切换由FPGA和CPU实现软硬件协同控制实现，在主控CPU程序异常的情况下能够完成故障自动切换和手动切换功能；主备切换无需插拔电缆和更换维护管理IP地址，不需要重新设置复分接参数。
参照图1，本发明一种软硬件协同控制的自管理主备切换方法，利用主用主控板CPU模块1、主用主控板FPGA模块2、主用主控板以太网接口模块3、备用主控板CPU模块6、备用主控板FPGA模块5、备用主控板以太网接口模块7、以太网交换模块4实现。
本发明的主备切换由主、备主控板的CPU模块和FPGA模块协同工作自管理实现包括正常工作流程、自动主备切换流程和界面控制主备切换过程，包括步骤：
正常工作流程
(1)主、备主控板CPU模块1和6各有一个私有IP地址，主、备主控板CPU模块通过私有IP地址互发心跳信号，监测接收的心跳信号，将另外主控板心跳信号监测结果和本主控板心跳状态设置到FPGA模块的心跳寄存器；
(2)主、备主控板CPU模块1和6共用一个虚拟IP地址，主用主控板的CPU模块通过以太网接口模块3和以太网交换模块4与管理计算机使用虚拟IP地址进行命令接收和状态上报，然后通过私有IP地址进行主备主控板的信息同步；
(3)主用主控板的CPU模块根据接收到设置命令进行本板卡的参数设置，备用主控板的CPU模块根据接收到信息同步命令进行本板卡的参数同步设置；
(4)主、备主控板的FPGA模块2和5分别监测心跳寄存器，同时检测本板和另外主控板的心跳状态；
(5)主、备主控板的FPGA模块之间通过FPGA信号通道完成工作状态的指示；
(6)主、备主控板的FPGA模块都完成各业务的复分接功能，主用主控板的复接数据和分接输出设置为正常输出，备用主控板的复接数据和分接数据输出设置为高阻。
自动主备切换流程
(7)主用主控板FPGA模块监测到心跳寄存器异常，进行以下操作：
通过FPGA信号通道向备用主控板FPGA模块发送切换申请；
将本板的复分接数据输出端设置为高阻(输入端仍正常接收)；
主备状态指示寄存器设置为备用状态；
若接收的心跳信号是本板异常信息，通过CPU模块接口通知CPU模块将本板的虚拟IP地址删除；若是接收不到本板的心跳信号，将本板的CPU模块复位。
(8)备用主控板FPGA模块监测到主用主控板FPGA模块的切换申请后，进行以下操作：
将本板的复分接数据输出端设置为正常输出；
主备状态指示寄存器设置为主用状态；
通过CPU模块接口通知CPU模块启用本板的虚拟IP地址，使用虚拟IP地址进行命令接收和状态上报，根据接收到的命令进行本板卡的参数设置；
通过FPGA信号通道向原主用主控板FPGA模块发送切换响应。
界面控制主备切换过程
(9)操作人员通过Web界面设置主控板主备切换，管理计算机通过以太网交换模块和以太网接口模块向主用主控板的CPU模块发送主控板主备切换命令；
(10)主用主控板的FPGA模块接收到主备切换命令，进行以下操作：
通过FPGA信号通道向备用主控板的FPGA模块发送切换申请，将本板的复分接数据输出端设置为高阻(输入端仍正常接收)；
主备状态指示寄存器设置为备用状态；
若接收的心跳信号是本板异常信息，通过CPU模块接口通知CPU模块将本板的虚拟IP地址删除；若是接收不到本板的心跳信号，将本板的CPU模块复位。
(11)备用主控板FPGA模块监测到主用主控板FPGA模块的切换申请后，进行以下操作：
将本板的复分接数据输出端设置为正常输出；
主备状态指示寄存器设置为主用状态；
通过CPU模块接口通知CPU模块启用本板的虚拟IP地址，使用虚拟IP地址进行命令接收和状态上报，根据接收到的命令进行本板卡的参数设置；
通过FPGA信号通道向原主用主控板FPGA模块发送切换响应。

Claims (2)

1.一种软硬件协同控制的自管理主备切换方法，其特征在于，包括以下过程：
主用主控板的处理过程
正常工作流程：主用主控板的CPU模块通过私有IP地址向备用主控板的CPU模块发送心跳信号，并监测接收的心跳信号，将备用主控板的心跳信号监测结果和本板卡的心跳状态设置到本板卡FPGA模块的心跳寄存器；同时使用虚拟IP地址进行命令接收和状态上报，根据接收到的命令进行本板卡的参数设置，然后通过私有IP地址进行备用主控板的信息同步；
主用主控板的FPGA模块监测心跳寄存器，检测本板卡和备用主控板的心跳状态；通过FPGA信号通道与备用主控板进行工作状态的指示；并完成各业务的复分接功能，将数据输出设置为正常输出；
主备切换流程：主用主控板的FPGA模块监测到心跳寄存器异常或接收到主备热切换命令时，向备用主控板的FPGA模块发送切换申请，将本板卡的复分接数据输出设置为高阻，主备状态指示寄存器设置为备用状态；
备用主控板的处理过程
正常工作流程：备用控制板的CPU模块通过私有IP地址向主用主控板的CPU模块发送心跳信号，并监测接收的心跳信号，将主用主控板的心跳信号监测结果和本板卡的心跳状态设置到本板卡FPGA模块的心跳寄存器；同时使用私有IP地址与主用主控板进行信息同步；
备用控制板的FPGA模块监测心跳寄存器，检测本板卡和主用主控板的心跳状态；通过FPGA信号通道与主用主控板进行工作状态的指示；并进行各业务的复分接功能，将数据输出设置为高阻；
主备切换流程：备用主控板的FPGA模块监测到主用主控板FPGA模块的切换申请后，将本板卡的数据输出设置为正常输出，主备状态指示寄存器设置为主用状态，并通过CPU模块接口通知本板卡的CPU模块启用虚拟IP地址，使用虚拟IP地址进行命令接收和状态上报，根据接收到的命令进行本板卡的参数设置。
2.根据权利要求1所述的软硬件协同控制的自管理主备切换方法，其特征在于，主用主控板进行主备切换时，若本板卡的心跳信号异常，则通过CPU模块接口通知CPU模块将本板卡的虚拟IP地址删除；若接收不到本板卡的心跳信号，则将本板卡的CPU模块复位。
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基于TCP连接修复的高可靠性主备倒换研究;钱枫等;《信息技术》;20180424(第04期);全文 *

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