CN116708141A - 基于srio网络的主控节点主备切换设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于SRIO网络的主控节点主备切换方法，通过平台的上电初始化、主备状态识别、故障检测、主备状态切换等方面进行分析及设计，实现在SRIO网络环境下的主控节点主备工作状态自适应切换，以解决主模式的主控节点出现故障时，平台如何通过主备切换的方式使备模式主控节点对其进行替换并能维持平台继续正常工作的问题，可完成从状态检测、确定故障、数据备份、数据转移到完成切换的工作流程，实现基于SRIO高速总线网络的SDR系统内主控节点的热备切换，确保系统持续稳定工作。

Description

基于SRIO网络的主控节点主备切换设计方法

技术领域

本发明涉及软件无线电(以下简称SDR)系统中基于高速总线网络的设备主备切换设计领域，尤其是基于软件通信架构(SCA)的SDR平台上的Serial RapidIO(SRIO)总线网络的主控节点主备切换设计方法。

背景技术

SDR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。

随着高性能运算芯片以及大规模可编程阵列的发明，SDR技术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大大提高，为处理宽带信号提供了支持，大大提升了SDR平台的应用范围，并且为分布式的SDR技术提供了可靠支持。

对于应用于航空领域的SDR平台来说，高可靠性是要首要考虑的约束条件。通常采用对关键部分进行冗余备份设计，来大幅提高可靠性。但是由此带来了一定的设计复杂度及相关问题，包括故障检测、备份切换、现场恢复等。而对于一般平台，其冗余的计算资源可以很好的完成计算功能的备份，但是集成了众多功能的核心节点——主控节点，由于其功能复杂、交联广泛的特点，切换时可能带来一系列问题，需要详细考虑设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于SRIO网络的主控节点主备切换设计方法，主要解决在SDR平台内通过SRIO总线进行主控节点的备份及可靠的切换方法的问题，从而实现整机持续稳定工作的状态。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种基于SRIO网络的主控节点主备切换设计方法，包括：

对于SDR系统的两个主控节点CDCM，通过槽位号区分CDCM1和CDCM2，CDCM1节点和CDCM2节点处于同一个SRIO交换网络，优先使用CDCM1作为主节点，CDCM1发生关键软硬件故障时进行第一次切换；

系统对外总线顺序优先级为CDCM1的其他总线>CDCM2的其他总线>CDCM1 SRIO总线>CDCM2 SRIO总线，当CDCM1和CDCM2的其他总线出现故障且CDCM1没有其他关键软硬件故障时，进行第二次切换，增加同步信息的“总线状态标识”作为第二次切换时的条件：

CDCM1的“总线状态标识”默认为“ERROR”，只有当CDCM1的其他总线出现故障时，才将CDCM1的“总线状态标识”设置为“OK”；CDCM2的“总线状态标识”默认为“ERROR”，保持不变；

SRIO网络只能初始化配置一次，且只能由主节点进行初始化配置。

进一步地，进行切换的执行原则如下：

1)SDR系统内部采用SRIO总线网络，系统初次上电时由主节点进行SRIO网络路由配置，在系统下电之前不再进行SRIO网络路由配置；主备切换指的对SRIO网络的使用权，正常工作时，主节点“既收又发”，通过SRIO总线收发内部数据，通过其他总线收发外部数据；备份节点对外“只收不发”，通过其他总线接收外部数据，不对外发送数据，不使用SRIO收发内部数据；

2)主节点和备节点之间通过离散线高低电平确认对方节点状态，默认是"高"，如果是“高”，代表对端节点故障ERROR；如果是“低”，代表对端节点正常OK；

3)主节点和备节点之间通过RS232串行接口同步信息，包括主备状态、总线状态标识、故障信息、方案号、NVRAM存储的波形配置信息；

4)为保证网络中不会存在两个主节点，主节点只有满足预设方式来确认是否切换为备；

5)为保证网络中不会存在两个主节点，备份节点通过预设方式来确认对端节点为备；

6)CDCM1节点最多进行初始化时的备切主、运行时故障主切备和只有其他总线故障时备切主次切换三次切换；CDCM2节点最多进行备切主、主切备两次切换。

进一步地，所述主节点只有满足预设方式来确认是否切换为备，其中预设方式为：

方式1：本节点出现关键软硬件故障，将本节点状态设置为“ERROR”；

方式2：CDCM1为主时，备份节点状态为“OK”或：

CDCM2为主时，备份节点状态为“ERROR”且总线状态标识为“OK”。

进一步地，所述备份节点通过预设方式来确认对端节点为备，其中预设方式为：

方式1：对端节点状态为“ERROR”；

方式2：对端节点状态为“OK”或本节点状态为“ERROR”且总线状态为“OK”；

只有当同时满足上述条件两个条件时，备份节点才可以开始设为主节点。

进一步地，两个主控节点CDCM1和CDCM2的FPGA之间设置有4根离散线，其中1号和2号为单向的节点状态信号线，一根只读，一根可设置，通过高低电平表征节点的正常、异常状态；

GPP可通过LocalBus总线读取或设置状态信号线的电平，GPP周期性的通过LoacalBus向FPGA发送或读取节点状态，节点状态正常时发送0，节点故障时发送1，FPGA在收到0时将1号或2号离散线电平拉低，FPGA在收到1时将1号或2号离散线电平拉高，若FPGA在几个周期内未收到0则将1号或2号离散线电平拉低；

FPGA间两根状态信号线初始为“高”状态，系统管理软件通过自检结果确定主控节点为正常状态后，必须首先设置信号线为“低”，以向另外一个主控节点表明本节点状态正常；

在系统管理软件通过自检结果确定主控节点为异常状态后，状态信号线会被拉“高”，以向另外一个主控节点表明本节点状态异常；

在GPP故障、CDCM不在位、系统管理未发送0时，状态信号线状态都为“高”；

3号和4号为信息同步线，采用RS232接口协议，需同步的信息包括：主备状态、总线状态标识、故障信息、方案号、NVRAM存储的波形配置信息。

进一步地，主节点或被备节点上的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期向对端传输本节点的“总线状态标识”，作为节点第二次主备切换的条件之一。

主节点或被备节点上的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期向对端传输本节点的主备状态，防止系统出现两个主的情况；主节点的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期向备节点传输本节点的故障信息、方案号、资源配置信息、波形配置信息。

进一步地，备节点的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期接收主节点传输的故障信息、方案号、资源配置信息、波形配置信息并进行缓存；

其中故障信息以日志形式存储到NVRAM，波形配置信息写到NVRAM的固定地址中，方案号和资源配置信息转发给平台框架软件。

进一步地，每次备节点切换到主节点都要重新更新、下发资源配置信息；

每次主切备或备切主之后将主备状态发送给接口管理软件和平台框架软件；

每次主切备或备切主之后系统管理软件都需要将已切换次数加1，限制主备切换次数。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

本发明通过SDR系统内SRIO网络总线和主备切换功能控制线的协同工作，对主和备主控节点进行监测和控制，可完成从状态检测、确定故障、数据备份、数据转移到完成切换的工作流程，实现基于SRIO高速总线网络的SDR系统内主控节点的热备切换，确保系统持续稳定工作。

附图说明

图1是主控主节点和备节点的控制线交联关系图；

图2是初始化时主控主节点确定流程图；

图3是主控主节点切换备节点流程图；

图4是主控备节点切换主节点流程图。

具体实施方式

本发明提供一种基于SRIO网络的主控节点主备切换方法，通过平台的上电初始化、主备状态识别、故障检测、主备状态切换等方面进行分析及设计，实现在SRIO网络环境下的主控节点主备工作状态自适应切换，以解决主模式的主控节点出现故障时，平台如何通过主备切换的方式使备模式主控节点对其进行替换并能维持平台继续正常工作的问题。

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：FPGA：现场可编程门阵列，其逻辑功能可以进行重定义。

定义3：网络：本方案所使用平台的SRIO总线网络。

定义4：CDCM：主控节点，包含一块负责平台管理的GPP、负责接口控制的FPGA以及若干SRIO交换机，构成整个总线网络。

SDR系统中具有两个主控节点(CDCM)，可通过CDCM所在的槽位号区分CDCM1和CDCM2，CDCM1节点和CDCM2节点处于同一个SRIO交换网络，优先使用CDCM1作为主节点，CDCM1发生关键软硬件故障时进行第一次切换。

系统对外总线顺序优先级为CDCM1的其他总线>CDCM2的其他总线>CDCM1 SRIO总线>CDCM2 SRIO总线，当CDCM1和CDCM2的其他总线出现故障且CDCM1没有其他关键软硬件故障时，进行第二次切换，因此增加同步信息【总线状态标识】，作为第二次切换时的条件。

CDCM1【总线状态标识】默认为“ERROR”，只有当CDCM1的其他总线出现故障时，才将CDCM1【总线状态标识】设置为“OK”。CDCM2【总线状态标识】默认为“ERROR”，保持不变。

SRIO网络只能初始化配置一次，且只能由主节点进行初始化配置。

以下为切换执行原则：

1)SDR系统内部采用SRIO总线网络，系统初次上电时由主节点进行SRIO网络路由配置，在系统下电之前不再进行SRIO网络路由配置。主备切换指的对SRIO网络的使用权，正常工作时，主节点“既收又发”，通过SRIO总线收发内部数据，通过其他总线收发外部数据；备份节点对外“只收不发”，通过其他总线接收外部数据，不对外发送数据，不使用SRIO收发内部数据。

2)主节点和备节点之间通过离散线高低电平确认对方节点状态，默认是"高"，如果是“高”，代表对端节点故障(ERROR)；如果是“低”，代表对端节点正常(OK)。

3)主节点和备节点之间通过RS232串行接口同步信息，包括主备状态、总线状态标识、故障信息、方案号、NVRAM存储的波形配置信息。

4)为保证网络中不会存在两个主节点，主节点只有满足以下两种方式确认是否切换为备：

方式1：本节点出现关键软硬件故障，将本节点状态设置为“ERROR”；

方式2：备份节点状态为“OK”(CDCM1为主时)或备份节点状态为“ERROR”且总线状态标识为“OK”(CDCM2为主时)。

5)为保证网络中不会存在两个主节点，备份节点通过以下方式来确认对端节点为备：

方式1：对端节点状态为“ERROR”；

方式2：对端节点状态为“OK”或本节点状态为“ERROR”且总线状态为“OK”。

只有当同时满足上述条件两个条件时，备份节点才可以开始设为主节点。

6)CDCM1节点最多进行初始化时的备切主、运行时故障主切备和只有其他总线故障时备切主次切换三次切换；CDCM2节点最多进行备切主、主切备两次切换。

实施例：

两个主控节点上的系统管理软件可通过槽位号区分CDCM1和CDCM2，CDCM1和CDCM2的FPGA之间设置有4根离散线，如图1所示。

其中1号和2号为单向的节点状态信号线，一根只读，一根可设置。通过高低电平表征节点的正常、异常状态，如果是“高”，代表节点故障(ERROR)；如果是“低”，代表节点正常(OK)。GPP可通过LocalBus总线读取或设置状态信号线的电平。GPP周期性的通过LoacalBus向FPGA发送或读取节点状态，节点状态正常时发送0，节点故障时发送1，FPGA在收到0时将1号或2号离散线电平拉低，FPGA在收到1时将1号或2号离散线电平拉高，若FPGA在几个周期内未收到0则将1号或2号离散线电平拉低。

FPGA间两根状态信号线初始为“高”状态，系统管理软件通过自检结果确定主控节点为正常状态后，必须首先设置信号线为“低”，以向另外一个主控节点表明本节点状态正常。

在系统管理软件通过自检结果确定主控节点为异常状态后，状态信号线会被拉“高”，以向另外一个主控节点表明本节点状态异常。

在GPP故障、CDCM不在位、系统管理未发送0时，状态信号线状态都为“高”。

3号和4号为信息同步线，采用RS232接口协议，需同步的信息包括：主备状态、总线状态标识、故障信息、方案号、NVRAM存储的波形配置信息。

主节点或被备节点上的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期向对端传输本节点的【总线状态标识】，作为节点第二次主备切换的条件之一。

主节点或被备节点上的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期向对端传输本节点的主备状态，防止系统出现两个主的情况。

主节点的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期向备节点传输本节点的故障信息、方案号、资源配置信息、波形配置信息。

备节点的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期接收主节点传输的故障信息、方案号、资源配置信息、波形配置信息并进行缓存。其中故障信息以日志形式存储到NVRAM，波形配置信息写到NVRAM的固定地址中，方案号和资源配置信息转发给平台框架软件。

每次备节点切换到主节点都要重新更新、下发资源配置信息。

每次主切备或备切主之后将主备状态发送给接口管理软件和平台框架软件。

每次主切备或备切主之后系统管理软件都需要将已切换次数加1，限制主备切换次数。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于SRIO网络的主控节点主备切换设计方法，其特征在于，包括：

对于SDR系统的两个主控节点CDCM，通过槽位号区分CDCM1和CDCM2，CDCM1节点和CDCM2节点处于同一个SRIO交换网络，优先使用CDCM1作为主节点，CDCM1发生关键软硬件故障时进行第一次切换；

系统对外总线顺序优先级为CDCM1的其他总线>CDCM2的其他总线>CDCM1 SRIO总线>CDCM2 SRIO总线，当CDCM1和CDCM2的其他总线出现故障且CDCM1没有其他关键软硬件故障时，进行第二次切换，增加同步信息的“总线状态标识”作为第二次切换时的条件：

CDCM1的“总线状态标识”默认为“ERROR”，只有当CDCM1的其他总线出现故障时，才将CDCM1的“总线状态标识”设置为“OK”；CDCM2的“总线状态标识”默认为“ERROR”，保持不变；

SRIO网络只能初始化配置一次，且只能由主节点进行初始化配置。

2.根据权利要求1所述的基于SRIO网络的主控节点主备切换设计方法，其特征在于，进行切换的执行原则如下：

1)SDR系统内部采用SRIO总线网络，系统初次上电时由主节点进行SRIO网络路由配置，在系统下电之前不再进行SRIO网络路由配置；主备切换指的对SRIO网络的使用权，正常工作时，主节点“既收又发”，通过SRIO总线收发内部数据，通过其他总线收发外部数据；备份节点对外“只收不发”，通过其他总线接收外部数据，不对外发送数据，不使用SRIO收发内部数据；

2)主节点和备节点之间通过离散线高低电平确认对方节点状态，默认是"高"，如果是“高”，代表对端节点故障ERROR；如果是“低”，代表对端节点正常OK；

3)主节点和备节点之间通过RS232串行接口同步信息，包括主备状态、总线状态标识、故障信息、方案号、NVRAM存储的波形配置信息；

4)为保证网络中不会存在两个主节点，主节点只有满足预设方式来确认是否切换为备；

5)为保证网络中不会存在两个主节点，备份节点通过预设方式来确认对端节点为备；

6)CDCM1节点最多进行初始化时的备切主、运行时故障主切备和只有其他总线故障时备切主次切换三次切换；CDCM2节点最多进行备切主、主切备两次切换。

3.根据权利要求2所述的基于SRIO网络的主控节点主备切换设计方法，其特征在于，所述主节点只有满足预设方式来确认是否切换为备，其中预设方式为：

方式1：本节点出现关键软硬件故障，将本节点状态设置为“ERROR”；

方式2：CDCM1为主时，备份节点状态为“OK”或：

CDCM2为主时，备份节点状态为“ERROR”且总线状态标识为“OK”。

4.根据权利要求2所述的基于SRIO网络的主控节点主备切换设计方法，其特征在于，所述备份节点通过预设方式来确认对端节点为备，其中预设方式为：

方式1：对端节点状态为“ERROR”；

方式2：对端节点状态为“OK”或本节点状态为“ERROR”且总线状态为“OK”；

只有当同时满足上述条件两个条件时，备份节点才可以开始设为主节点。

5.根据权利要求1所述的基于SRIO网络的主控节点主备切换设计方法，其特征在于，两个主控节点CDCM1和CDCM2的FPGA之间设置有4根离散线，其中1号和2号为单向的节点状态信号线，一根只读，一根可设置，通过高低电平表征节点的正常、异常状态；

GPP可通过LocalBus总线读取或设置状态信号线的电平，GPP周期性的通过LoacalBus向FPGA发送或读取节点状态，节点状态正常时发送0，节点故障时发送1，FPGA在收到0时将1号或2号离散线电平拉低，FPGA在收到1时将1号或2号离散线电平拉高，若FPGA在几个周期内未收到0则将1号或2号离散线电平拉低；

FPGA间两根状态信号线初始为“高”状态，系统管理软件通过自检结果确定主控节点为正常状态后，必须首先设置信号线为“低”，以向另外一个主控节点表明本节点状态正常；

在系统管理软件通过自检结果确定主控节点为异常状态后，状态信号线会被拉“高”，以向另外一个主控节点表明本节点状态异常；

在GPP故障、CDCM不在位、系统管理未发送0时，状态信号线状态都为“高”；

3号和4号为信息同步线，采用RS232接口协议，需同步的信息包括：主备状态、总线状态标识、故障信息、方案号、NVRAM存储的波形配置信息。

6.根据权利要求5所述的基于SRIO网络的主控节点主备切换设计方法，其特征在于，主节点或被备节点上的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期向对端传输本节点的“总线状态标识”，作为节点第二次主备切换的条件之一。

主节点或被备节点上的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期向对端传输本节点的主备状态，防止系统出现两个主的情况；主节点的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期向备节点传输本节点的故障信息、方案号、资源配置信息、波形配置信息。

7.根据权利要求5所述的基于SRIO网络的主控节点主备切换设计方法，其特征在于，备节点的系统管理软件调用RS232协议接口通过3号和4号线周期接收主节点传输的故障信息、方案号、资源配置信息、波形配置信息并进行缓存；

其中故障信息以日志形式存储到NVRAM，波形配置信息写到NVRAM的固定地址中，方案号和资源配置信息转发给平台框架软件。

8.根据权利要求5所述的基于SRIO网络的主控节点主备切换设计方法，其特征在于，每次备节点切换到主节点都要重新更新、下发资源配置信息；

每次主切备或备切主之后将主备状态发送给接口管理软件和平台框架软件；

每次主切备或备切主之后系统管理软件都需要将已切换次数加1，限制主备切换次数。