CN1299438C - 一种实现单板主备倒换的方法及其电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现单板主备倒换的方法及其电路，属数据通信技术领域。该方法包括以下步骤：在本单板和对方板上分别设置对方板状态监控模块和本单板主备状态控制模块；置本单板为备用状态；本单板上的对方板状态监控模块监控对方板的主备状态并通知本单板主备状态控制模块；本单板主备状态控制模块根据对方板主备状态调整本单板主备状态。本发明的方法，由于各功能模块均分布于单板上，因此不需在背板和其它单板上增加控制模块以参与主备倒换，这就使背板设计可以做到无源，避免了在控制模块失效时无法带电更换的缺陷，大大增加了系统的可靠性。当单板出现故障时，可以在不影响主板业务的情况下更换备用故障单板。

Description

一种实现单板主备倒换的方法及其电路

技术领域

本发明涉及一种实现单板主备倒换的方法及其电路，属数据通信技术领域。

背景技术

在数据通信设备中，对可靠性要求较高的系统，一般都要求关键单板具有冗余备份，大多数冗余备份都涉及单板的主备倒换问题，目前已有多种不同的主备倒换的方法，但在主备倒换和带电插拔更换单板时，一般都会影响系统的正常工作，大多数方法存在不可避免的缺陷。

已有的备份方法分为3种情况：1+1备份、1:1备份和N:1备份。系统中相同的功能用相同的两块单板实现，两块单板同时工作，不区分主备，这种备份称为1+1备份，1+1备份不存在主备倒换问题。若两块单板不同时工作，其中一块工作，另一块作为备份，当主用板发生故障时，将工作切换到备用单板，实现主备倒换，这种方法称为1:1备份。对于多个相同功能单板组成的系统，可能采用N个单板共用一块备份单板，当N个工作单板中某一块发生故障时，将此块单板的工作倒换到备份的单板上，这种方法称为N:1备份。

在多单板插框结构的系统中，对于较为关键的系统控制板和核心业务处理板一般采用1:1备份方式。目前应用较多的主备倒换控制方法有如下几种：

第一种：主、备控制电路独立于被倒换单板之外，以控制单板主备状态。这种方法一般在背板上设计一个简单电路，根据插在背板上的单板槽位、单板数量和单板正常与否来控制主备状态，此种方法较为容易实现。

上述方法的缺点是需要在背板上焊接器件，此部分电路就不能冗余备份，如果此部分电路器件损坏或发生其它故障，将造成无法倒换和带电更换，严重地影响系统工作，这种故障属于单点故障。插框结构的系统背板一般采用无源器件的压接式，此种背板增加贴装元器件将造成加工困难，而且需要单独提供电源，增加了电路设计的复杂性。

第二种：将主备倒换控制电路做在单板上，只有插在指定槽位上的单板主备电路生效，其它单板的控制电路不输出，使得只有一块单板上的控制电路在起作用，背板上交叉连接。此种方法实际应用较为典型，如中国专利98118143所公开的技术，目前在较多的设计中采用该技术。

上述方法的缺点是单板带电插拔和信号异常输出时的信号冲突造成器件损坏。单板的冗余备份主要是为了增加系统可靠性，即当主用单板出现故障时备用单板能够起作用，故障单板直接带电更换维修，从而保证系统业务不间断。但当单板带电插拔时，接口信号线状态较为复杂，需要考虑其对系统的影响。而上述方法却未能考虑单板插拔问题，当主备信号交叉时，正常情况控制一块单板为输出，一块单板为高阻输出，但在插拔单板时，由于插拔中信号线抖动而造成对主备信号的干扰，因此当主备单板插入或拔出时，可能出现短时间的非高阻态，使两块单板同时输出信号而损坏器件。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的备份不充分、热插拔不可靠等缺点，提出一种实现单板主备倒换的方法及其电路，以消除单点故障，实现稳定可靠的单板冗余备份和热插拔。

本发明提出的实现单板主备倒换的方法，包括以下步骤：

1.在本单板和对方板上分别设置状态监控模块，该状态监控模块包括对方板状态监控模块、本单板主备状态控制模块及本单板工作状态监控模块；

2.置本单板为备用状态；

3.本单板上的对方板状态监控模块监控对方板的主备状态并通知本单板主备状态控制模块；

4.若对方板为主用状态，则本单板主备状态控制模块置本单板为备用状态；若对方单板为备用状态，则本单板主备状态控制模块置本单板为主用状态。

上述方法的第四步中，若对方板为主用状态，本单板主备状态控制模块置本单板为备用状态，对方板状态监控模块实时检测对方板状态，若发现对方板由主用状态变为备用状态或对方板拔出，则通知本单板主备状态控制模块，本单板主备状态控制模块使本单板升为主用状态。若对方板为备用状态，本单板主备状态控制模块置本单板为主用状态，本单板状态监控模块实时检测本单板的工作状态，对方板状态监控模块实时监控对方板状态，若本单板出现异常情况，即本单板发生故障或本单板被人为插拔时，则本单板状态监控模块通知本单板主备状态控制模块置本单板为备用状态，对方板根据本单板状态为备用状态则升为主用状态，完成主备倒换；若对方板由备用状态升为主用状态，则对方板状态监控模块通知本单板主备状态控制模块置本单板为备用，完成主备倒换。

本发明提出的实现单板主备倒换的电路，包括：

用于将本单板接收的对方板是否为主用板的正信号和负信号，进行一致性检测后得出对方板是否为主用板的信号的一致性检测电路；

用于对本单板是否插在系统中的信号进行取反的非门；

用于将上述取反后的本单板是否插在系统中的信号、对方板是否为主用板信号、本单板是否正常工作信号三者一起进行合成后，输出本单板为主用板的正逻辑信号的与门；

用于将上述取反后的本单板是否插在系统中的信号、对方板是否为主用板信号、本单板是否正常工作信号三者一起进行取反后，输出本单板为主用板的负逻辑信号的非门；

用于将单板输入信号接地或接电源，以使相应信号无源时处于正确显示状态的电阻。

上述电路中的一致性检测电路包括：

用于对本单板接收对方板是否为主用板的正信号和负信号进行判断，以得出两信号的主、备状态是否一致的标志信号的异或门；

用于将上述标志信号与对方板是否为主用板的正逻辑信号进行合成，以得出对方板是否为主用板信号的与门。

本发明提出的实现单板主备倒换的方法，具有以下优点：

1、各功能模块均分布于单板上，不需在背板和其它单板上增加控制模块以参与主备倒换，这就使背板设计可以做到无源，因而简化了设计，而且避免了在控制模块失效时无法带电更换的缺陷，大大增加了系统的可靠性。

2、单板出现故障时，可以在不影响主板业务的情况下更换备用故障单板。

3、背板信号线单点驱动，避免了异常情况下由于信号线冲突而造成的器件损坏。用于多单板插框结构中可以带电插拔，1:1冗余备份单板的主备倒换实现方法，实现了单板在运行故障、插拔单板、人为控制等多种情况下的主备倒换。

附图说明

图1是本发明方法的逻辑框图。

图2是实现本发明方法的电路图。

图3是本发明电路中的一致性检测电路图。

具体实施方式

本发明提出的实现单板主备倒换的方法，逻辑框图见图1。

本方法首先在单板上设置用于状态监控的三个功能模块：即对方板状态监控、本单板主备状态控制和本单板工作状态监控。其中，本单板工作状态监控模块负责本单板各部分电路工作状态的监控，包括本单板是否正常插在系统中、本单板软件和硬件是否正常工作等，将监控结果信息提供给本单板主备状态控制模块。对方板状态监控模块负责对方单板的各种状态监控，包括对方板是否插在系统中、对方板是否正常、对方板主备状态等，将监控结果信息提供给本单板主备控制模块。

系统中的两块单板通过背板互相传递状态信息，达到互相监控和主备控制的目的。

具体实现步骤如图1所示，图1中，以A单板为本单板，B为对方板。

本单板上电启动过程中，本单板状态监控模块通知主备状态控制模块本单板正在启动，此时无论对方板处于什么状态，本单板主备状态控制模块都置本单板为备用状态，等到本单板正常启动完成后，本单板状态监控模块通知主备状态控制模块本单板正常启动完成，否则本单板一直处于备用状态；

本单板上的对方板状态监控模块监控对方板的主备状态并通知本单板主备状态控制模块；

若对方板为主用状态，则本单板主备状态控制模块置本单板为备用状态；对方板状态监控模块实时检测对方板状态，若发现对方板由主用状态变为备用状态或对方板拔出，则通知本单板主备状态控制模块，本单板主备状态控制模块使本单板升为主用状态；

若对方板为备用状态，则本单板主备状态控制模块置本单板为主用状态，本单板升为主用板后，本单板状态监控模块实时检测本单板的工作状态，对方板状态监控模块实时监控对方板状态。若本单板出现异常，即本单板发生故障，或被人为的插拔，本单板状态监控模块标记本单板为不可用，并通知本单板主备状态控制模块置本单板为备用状态，完成主备倒换。若对方板主备状态变化由备用升为主用，则对方板状态监控模块通知本单板主备状态控制模块置本单板为备用，完成主备倒换。

本发明提出的实现单板主备倒换的电路，如图2所示，电路包括：用于将本单板接收的对方板是否为主用板的正信号和负信号，进行一致性检测后得出对方板是否为主用板的信号的一致性检测电路；用于对本单板是否插在系统中的信号进行取反的非门；用于将上述取反后的本单板是否插在系统中的信号、对方板是否为主用板信号、本单板是否正常工作信号三者一起进行合成后，输出本单板为主用板的正逻辑信号的与门；用于将上述取反后的本单板是否插在系统中的信号、对方板是否为主用板信号、本单板是否正常工作信号三者一起进行取反后，输出本单板为主用板的负逻辑信号的非门；以及用于将单板输入信号接地或接电源，以使相应信号无源时处于正确显示状态的上、下拉电阻。

上述电路中的一致性检测电路如图3所示，包括：用于对本单板接收对方板是否为主用板的正信号和负信号进行判断，以得出两信号的主、备状态是否一致的标志信号的异或门；以及用于将上述标志信号与对方板是否为主用板的正逻辑信号进行合成，以得出对方板是否为主用板信号的与门。

本发明电路的信号处理过程为：本单板接收对方板是否为主用板的正信号和负信号，经异或门后得出该两信号的主、备状态是否一致的标志信号，该标志信号与对方板是否为主用板的正逻辑信号经与门合成后得出对方板是否为主用板的信号，本单板是否插在系统中的信号经非门取反后与对方板是否为主用板信号、本单板是否正常工作信号三者一起经与门合成后，输出本单板为主用板的正逻辑信号，该信号又经非门取反后输出本单板为主用板的负逻辑信号。上、下拉电阻分别使单板所输入信号接地或接电源，使相应信号无源时处于正确的显示状态。

图2中的信号含义如下：

本板主备信号负，低有效。

本板主备信号正，高有效。

对方板主备信号负，低有效。

对方板主备信号正，高有效。

本板插入信号，低有效。

本板工作正常信号，代表本板是否能正常工作。

本板主备信号负和本板主备信号正两根信号代表本板主备状态，送给对方板和系统中的其它单板，用以标记此板是否主用。当两信号状态指示一致时，表示此单板主备状态输出有效，当两信号状态指示不一致时，即全0或全1时，属于异常，主备状态无效，按备用处理。状态真值表如下：

主备信号正	主备信号负	主备状态	一致性
				1	0	主	是
0	1	备	是
				1	1	备	否
0	0	备	否

对方板主备信号负和对方板主备信号正两信号代表对方板状态，由对方板的本板主备信号负和本板主备信号正信号得到。逻辑中对此两信号进行一致性判断，信号一致有效并且为主用时输出给主备互锁逻辑低，控制本板为备用，两信号标志为备用或不一致时输出给主备互锁逻辑高，允许本板竞争为主用。对方板主备信号负和对方板主备信号正在本板内上下拉成备用，当对方板未插入时，本板看到的对方板状态为备用，本板可以正常升为主用。当对方板在位时，此信号状态由对方板本板主备信号负和本板主备信号正值决定，真值表见上表。对方板备用时，本板能正常升为主用，对方板主用时，本板只能备用，不能升为主用，从而避免了双主现象。

本板插入信号信号代表本板是否正常插入背板中，在背板直接接到地上，单板内上拉。单板在插入前和拔出后，此信号为高，表示本板未正常插在系统中，倒换逻辑置本板状态为备用。如单板正常插入背板，由于背板下拉到地，此信号为低，表示本板正常插在背板中，倒换逻辑正常工作，本板能够正常升主。在单板接插件设计中，接插件选用支持带电插拔的长短针结构器件，主备电路其它信号选用长针，本板插入信号信号选用短针，这样在单板插入时，其它信号先接触，此信号后接触，保证了在主备倒换逻辑功能打开时，信号线状态已经稳定，在单板拔出时，此信号先于其它信号断开，从而在其它信号断开前关闭主备倒换逻辑，此单板不会升为主用，避免了单板插拔时的备抢主现象。

本板工作正常信号为单板主备倒换逻辑提供了CPU控制接口。对于一般系统中单板会有软件控制，此接口提供了软件控制主备竞争的控制接口。上电时此信号为低，本板不能升为主用，只有在系统正常运行，软件工作正常后将此信号置为高时，CPU打开此信号，本板才能进行主备竞争，这样主备倒换可以灵活地由软件控制。在简单系统中若不需要判断本板软硬件能否正常工作，此信号可不用。

对方板主备状态一致性检测电路校验对方板主备信号的状态和一致性，将检验后的结果合成对方板备用信号输出给主备倒换互锁逻辑。此部分电路完成上表1真值表的翻译。主备倒换互锁逻辑由本板工作正常信号、取反后的本板插入信号信号和一致性检测电路送来的对方板备用信号相与得到本板主备信号的正信号，在经非门得到本板主备信号的负信号。主备倒换互锁逻辑实现了两块单板的主备互锁，在单板正常情况下，保证了有且只有1块单板为主用，保证了故障单板不会影响另一主用单板工作。

对于单板的处理，在插入背板后，本板插入信号生效，系统启动工作，单板处于备用，软件启动并对单板进行必要的配置，判断单板能否正常工作，如能正常工作则根据槽位号的不同增加适当延时，置本板工作正常信号，使单板参与主备竞争。如果这时对方板为主用，本板则为备用，如对方板为备用(或不在位)，则本板升为主用。如果两块单板同时启动，由于槽位的不同控制延时不同，可以在设计时确定哪一块默认升为主用。对于异常情况、插拔单板或软件控制倒换，本方法采用主倒备方式，即由主用单板发起倒换，自己降为备用，原备用单板在对方板降为备用时升为主用，从而避免了误到换和多次循环倒换。

Claims (5)

1、一种实现单板主备倒换的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)在本单板和对方板上分别设置状态监控模块，该状态监控模块包括对方板状态监控模块和本单板主备状态控制模块；

(2)置本单板为备用状态；

(3)本单板上的对方板状态监控模块监控对方板的主备状态并通知本单板主备状态控制模块；

(4)若对方板为主用状态，则本单板主备状态控制模块置本单板为备用状态；若对方单板为备用状态，则本单板主备状态控制模块置本单板为主用状态。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，第四步中，若对方板为主用状态，本单板主备状态控制模块置本单板为备用状态，对方板状态监控模块实时检测对方板状态，若发现对方板由主用状态变为备用状态或对方板拔出，则通知本单板主备状态控制模块，本单板主备状态控制模块使本单板升为主用状态。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，该状态监控模块进一步包括本单板工作状态监控模块，第四步中，若对方板为备用状态，本单板主备状态控制模块置本单板为主用状态，本单板状态监控模块实时检测本单板的工作状态，对方板状态监控模块实时监控对方板状态，若本单板出现异常情况，则本单板状态监控模块通知本单板主备状态控制模块置本单板为备用状态，对方板根据本单板状态为备用状态则升为主用状态，完成主备倒换；若对方板由备用状态升为主用状态，则对方板状态监控模块通知本单板主备状态控制模块置本单板为备用，完成主备倒换。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，该异常情况包括本单板发生故障和本单板被人为插拔。

5、一种实现单板主备倒换的电路，其特征在于该电路包括：

用于将本单板接收的对方板是否为主用板的正信号和负信号，进行一致性检测后得出对方板是否为主用板的信号的一致性检测电路，该一致性检测电路包括：用于对本单板接收的对方板是否为主用板的正信号和负信号进行判断，以得出两信号的主、备状态是否一致的标志信号的异或门和用于将上述标志信号与对方板是否为主用板的正逻辑信号进行合成，以得出对方板是否为主用板信号的与门；

用于对本单板是否插在系统中的信号进行取反的非门；

用于将上述取反后的本单板是否插在系统中的信号、对方板是否为主用板信号、本单板是否正常工作信号三者一起进行合成后，输出本单板为主用板的正逻辑信号的与门；

用于将上述取反后的本单板是否插在系统中的信号、对方板是否为主用板信号、本单板是否正常工作信号三者一起进行取反后，输出本单板为主用板的负逻辑信号的非门；

用于将单板输入信号接地或接电源，以使相应信号无源时处于正确显示状态的电阻。

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