CN1429037A

CN1429037A - 移动通信系统中基于实时操作系统的处理器双工装置及方法

Info

Publication number: CN1429037A
Application number: CN02156969A
Authority: CN
Inventors: 崔祐荣
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: Ericsson LG Co Ltd
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2003-07-09
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: CN1190094C; US7412621B2; KR100408047B1; KR20030054165A; US20030119475A1

Abstract

一种不涉及应用软件的应用于3G移动通信系统中的处理器双工方法。在该方法中，实时操作系统(RTOS)检测双工操作的执行。当执行双工切换操作时，RTOS和PCI控制单元将活动板的存储器内容转储到备份板中，从而在活动板和备份板间实现存储器同步。一旦双工切换操作结束，则备份板接着开始执行活动板的操作。在该方法中，RTOS中不使用应用软件而实现处理器级的双工。相反，通过使用子结构(硬件和OS)来实现双工。这样，由应用软件的庞大和复杂所产生的负担将大大减小。

Description

移动通信系统中基于实时操作系统的处理器双工装置及方法

发明领域

本发明涉及移动通信系统，尤其涉及在移动通信系统中使用实时操作系统(RTOS)的高速处理器板双工装置和方法。

背景技术

不像一般的计算机系统，全电子交换机的控制系统需要灵敏度很高的容错功能和实时处理。为了满足这种需求，各种交换机根据情况采用不同的结构。大部分的交换机基本上采用双工方法来实现容错，其中有一些在多处理器结构中使用分载方法。

一般来说，有两种双工方法：同步双工方法(热备份)和异步双工方法(温或冷备份)。

在同步双工方法中，活动设备和备份设备是通过微级副本(micro-level instance)、指令字副本或者程序进程副本而实现同步以同时进行操作的。因此，在出现错误时，同步双工方法要尽快地进行恢复。

在移动通信交换机这样的使用公用处理器的系统中，指令字副本的同步方法是难以接受的，因为其表现出严重的性能降低。同时，程序进程副本的同步方法也由于软件载荷而使其性能降低，即使只是少许的降低。尤其是在使用并行处理操作系统的系统中，软件的开销和交叠将会变得更加严重。

在异步双工方法中，备份处理器开始不运行，而当活动处理器出错时，备份处理器开始执行之前由活动处理器所执行的操作。在执行异步双工方法中至少有两点需要注意：在活动设备和备份设备中保持相同的存储器数据(数据一致性)，以及迅速地切换备份设备进行正常的操作(持续操作)。

为了解决这些问题，在大多数的交换系统中，利用计数设备(备份设备)来反映工作中的活动设备中的数据变化。包括以消息的形式把活动设备中已变化的数据发送到备份设备的第一方法，以及将变化的数据同时写入活动设备和备份设备的第二方法。在第一方法中，硬件性能的降低会减小，但是软件开销的问题比较严重。此外，伴随着信息传输量的增加，这种开销会急剧地增加。在第二方法中，软件开销会减小，但是性能的降低又会发生。

一般地，大多数第二代(2G)移动通信系统包括数字蜂窝网络(DCN)、个人通信业务(PCS)和无线本地环路(WLL)，它们都采用第二种方法将发生变化的数据同时写入活动设备和备份设备中。

尤其是在2G移动通信系统中，D信道通过两个双工处理器板之间的硬件进行连接，即活动板和备份板。同样，由工作中的活动板的处理器访问的本地存储器的内容也能够通过D信道实时地反映在备份板的存储器中，而不使用软件。由于当活动板的存储器内容改变时，备份板的存储器内容同样地改变，所以活动板正常工作时可以保持活动板和备份板之间的存储器同步。

当检测到活动板出错时，活动板把其控制权交给备份板。在这个过程中，程序计数器(PC)的信息和各个寄存器的内容被传输给备份板。备份板从活动板接收控制权后便开始执行先前由活动板执行的操作，或者当检测到错误时正在进行的操作。

在根据同时写入双工方法的2G移动通信系统中的双工处理器中，因为备份板的存储器内容已经和活动板的存储器内容一致，所以当活动板上出现错误时，备份板仅仅从活动板接管控制权来完成双工切换操作。

但是，和2G移动通信系统不同，在2.5G和3G移动通信系统中使用的处理器比2G移动通信系统中使用的速度更快。因此，使用了具有更高级的中央处理单元(CPU)和时钟速度的高速处理器。从而，这种系统在传输数据时对噪声会很敏感，在读/写存储器时可能会出现错误。因此，同时写入方法并不适用于2.5G或3G移动通信系统。

在此引入以上的参考资料以帮助更好地理解附加或可选的细节、特征和/或技术背景。

发明概述

本发明的目的在于提供一种移动通信系统中基于RTOS的处理器双工装置及方法，其中该装置支持使用高速处理器的双工操作，以防止移动通信系统中出现错误。

本发明的另外一个目的在于提供一种移动通信系统中基于RTOS的处理器双工装置及方法，其中处理器级的双工是采用普通VxWorks实时操作系统(RTOS)而实现的。

本发明的又一个目的在于提供一种移动通信系统中基于RTOS的处理器双工装置及其方法，其中在RTOS中不使用应用程序而实现处理器级的双工，并且双工是通过子结构(硬件和OS)来实现的，从而防止了应用软件变得越来越大和越来越复杂。

为了实现本发明的这些和其它目的和优点，本发明提供了一种在移动通信系统中基于RTOS的处理器双工装置，所述装置包括具有RTOS的活动板和备份板，其中RTOS检测双工切换请求并执行双工切换。

本发明还提供了一种在移动通信系统中基于RTOS的处理器双工装置，所述装置包括一个用于检测错误出现的错误检测模块；一个用于分类和管理错误的错误管理模块；一个用于管理整个双工状态和状态转换的双工状态管理模块；一个错误恢复模块，当被分类的错误需要双工切换时，用于请求双工切换并恢复错误；和一个实现与用户的接口的接口模块。

本发明还提供了一种在移动通信系统中基于RTOS的处理器双工方法，检测是否需要进行双工切换，把活动板的存储器转储到备份板的存储器中，并且开始操作备份板，以继续活动板的操作并复位活动板。

本发明的其它优点、目的和特征有一部分将在以下的说明书中进行阐述，有一部分则对于本领域的技术人员经过对以下内容的检验后会变得明了，或者通过本发明的实践而体验到。所附的权利要求书具体指出了本发明的目的和优点。

附图简述

本发明将参考以下附图进行详细的描述，

图1示出了根据本发明实施例的在移动通信系统中基于RTOS的处理器双工装置的结构；

图2示出了在移动通信系统中，实时操作系统(RTOS)或者双工处理器的结构；

图3示出了根据本发明另一实施例的在移动通信系统中基于RTOS的处理器双工方法。

优选实施方案详述

在本发明中，在2.5G和3G移动通信系统中的处理器双工装置是基于实时操作系统(RTOS)的，利用RTOS来实现不需要应用软件而双工操作的处理器双工装置。

图1示出了根据本发明一个实施例，在移动通信系统中基于RTOS的处理器双工装置的结构。该装置包括第一板100、第二板200、以及连接在第一和第二板100和200之间，对应于双工主通路的PCI总线225。

第一板包括第一处理器101和双工操作以减少系统负载的第二处理器102；用于存储系统操作所需的程序和数据的存储单元104；PCI控制单元105，用于在双工切换时通过直接访问存储单元104而把存储单元104的内容转储到计数器板的存储单元204中；以太网控制单元103，用于通过高速以太网信道150在第一和第二板之间传输数据；以及双工控制单元106，用于防止第一板和第二板之间的存储器访问冲突。第一和第二处理器101和102由RTOS操作，在不使用应用软件的情况下实现双工。

当PCI总线在存储器转储时出现错误或者当PCI控单元105处于异常状态时，以太网控制单元103替换PCI总线作为高速以太网信道的性能。由于第二板200与第一板100具有同样的结构，所以省略了对第二板的说明。

图2说明了在移动通信中用于处理器双工的实时操作系统(RTOS)的结构。RTOS包括错误检测软件模块301(在下文中简称为“模块”)，用于检测是否出现错误；错误管理模块302，用于分类和管理错误，以及双工状态和状态转换；错误恢复模块304，用于通过合适的步骤恢复错误；以及接口模块305，用于实现用户人机对话(MMC)、外壳程序(shell)等的接口。错误恢复模块304执行双工切换的操作。错误检测模块301、错误管理模块302、错误恢复模304和接口模块305在双工状态管理模块303的管理下相互连接而操作。RTOS优选地包括Wind River Systems公司的VxWorks。

在移动通信系统中操作双工处理器时出现的严重错误大多为与硬件相关的中断。这些中断包括在操作该系统时出现的硬件错误而导致的中断、各个板自检失败而导致的中断等等。以下将解释错误等级。错误等级分为三类：严重的、较大的和较小的错误。严重错误是指出现了难以维持正常工作的状态。比如，严重错误包括外界输入和输出(I/O)通讯的错误、所安装设备的错误、或者是由于软件错误而产生异常的情况。当这类错误发生时，利用双工处理器来执行双工切换以恢复错误。

较大错误包括：根据统计数据而非一个常数，在单位时间中外界I/O错误量增加的情况、根据用户请求而移除一个板的情况、外部连接电缆被断开的情况、以及软件存储器不足的情况。在这种情况下，将执行重启处理来恢复错误。

较小错误包括：影响服务的I/O错误、软件功能调用返回值的错误、以及分配存储器时产生的错误。在这些情况下，存储错误内容，并把错误通知给用户。

RTOS的错误检测模块301检测由中断导致的错误，错误管理模块302把检测到的错误划分为严重的、较大的和较小的错误。错误恢复模块304对于较大的和较小的错误调用适当的恢复程序，对于严重的错误则请求双工切换，或采取适当的步骤，如硬件更换。

在以上的步骤中，RTOS从双工状态管理模块303中访问双工状态管理信息，并立即将恢复结果反映在双工状态管理信息中。同时，用户以错误消息的形式得到一个错误信息的通知，然后连续地收集和管理错误信息，以实现错误更新和收集统计信息。

双工状态管理模块303确定进行活动操作还是备份操作，并执行双工，直到RTOS完全地运行。然后，模块303控制与切换相关的双工状态转换，通过加载不同的软件程序，根据双工状态的转变，比如备份状态，执行控制操作。同时，双工状态管理模块303保持并更新所述控制所需的总体双工状态信息。

在双工操作的移动通信系统中，当第一板100处于活动状态时，如果活动处理器(第一处理器101或第二处理器102)的硬件出现了如断电这样的严重错误，则RTOS的错误恢复模块304立即进行双工切换操作，以不影响用户当前正在执行的程序。

另外，在检查活动处理器的硬件状态时，活动处理器303的双工状态管理模块把控制权移交给备份处理器，并把活动处理器转换为备份状态或者调试状态。

图3的流程图表明了根据本发明的又一实施例，移动通信系统中的处理器双工方法中所包含的步骤。本实施例中，活动板不访问备份板的存储器以实现存储器同步，而是使用高速PCI总线把活动板存储器中的内容转储到备份板中，然后在进行双工切换时把控制权移交给备份板。因此，备份板可以连续地开始活动板的操作。

以下将解释在第一板100处于活动状态而第二板200处于备份状态时的情况。当活动板100中出现错误时，活动板中的RTOS 301的错误检测模块检测到错误。然后，错误管理模块302对所检测的错误进行分类，错误恢复模块304确定已分类的错误是否需要进行双工切换(S101)。这时，备份板200检测活动板100中错误的出现情况。

如果出现了需要进行双工切换的错误，那么错误恢复模块304请求双工切换。因此，活动板100的双工控制单元106判断安装的备份板200是否处于正常状态，然后将确定的结果报告给活动板100的RTOS(S102)。

如果备份板200处于非正常状态，那么活动板100的RTOS通过以太网控制单元103命令进行重启，以使备份板200处于正常状态(S103)。

如果备份板200处于正常状态，在错误恢复模块304的命令控制下，PCI控制单元105直接访问存储单元104，而不使用第一和第二处理器101和102的应用软件，并且通过PCI总线将存储单元104的内容以较快的速率传输到备份板200中。然后备份板200将存储单元104的内容高速地复制并传输给存储单元204(S104)。此时，高速地复制存储单元104中除固定数据区之外的可变数据区的内容。然后，PCI总线以33MHZ(例如)的操作速度将存储单元104的内容传输给备份板200。当PCI总线出现错误而需要更换PCI总线时，以太网控制单元103使用高速以太网信道，快速地把存储单元104的内容传输到备份板中。如果通过以太网控制单元103传输内容，则需要使用应用软件。

当活动板100正常操作时，活动板100的RTOS不能在活动板和备份板的存储单元104和204之间实现同步。如果活动板中产生了严重错误，那么活动板的RTOS把活动板存储单元104上的内容备份到备份板的存储单元204上，从而执行存储器同步和双工切换。

在存储单元104的内容备份后，把程序计数器信息和各个寄存器的内容从活动板100传输到备份板200，这样可以在不中断服务的情况下正常地操作备份板200。如果存储单元104的复制已经结束(S105)，则备份板接管活动板的控制权(S106)。同时，在执行双工转换时的存储器转储操作需要一定的转储时间，以保持稳定性。

接下来，备份板200开始连续地执行活动板的操作，因此并不中断用户正在执行的对应于所连接的呼叫服务的程序。同时活动板被重启(S107)。这样，通过备份板不间断地执行活动板的操作，可以实现处理器级的双工。同时，在不需要应用软件的情况下，由子结构(硬件或RTOS)就可实现双工操作。

因此，根据本发明的在移动通信系统中基于RTOS的处理器双工装置及方法至少具有以下的优点。

第一，由子结构(硬件和OS)实现双工，可无需应用软件而实现处理器级的双工。因此，可以减小应用软件变大和变复杂。

第二，由于在活动板和备份板之间连接有高速PCI总线，并在进行双工切换时利用该高速PCI总线把活动板存储器的内容备份到备份板中而执行存储器同步，所以可以在移动通信系统中使用高速处理器来实现基于RTOS的双工装置。

第三，当活动板处于正常状态时，不执行存储器同步操作。然而，当RTOS执行双工切换时，把活动板的存储器内容备份到备份板中，从而实现存储器同步。因此，在活动操作期间就不需要附加的双工处理，从而也有了更简单的双工RTOS算法。

上述的实施例和优点仅仅是示例性的，并不对本发明构成限制。本发明可以容易地应用于其它类型的装置。本发明的说明书是用于进行说明，不限制权利要求的范围。对于本领域的技术人员，很显然可以有很多的替换、改进和变化。在权利要求书中，装置加功能的语句旨在涵盖实现所述功能的结构，其不仅包括结构的等同，也包括等同的结构。

Claims

1.一种移动通信系统中的处理器双工装置，包括：

活动板；和

备份板，其中所述的板具有实时操作系统(RTOS)，其检测双工切换操作的需求。

2.根据权利要求1所述的装置，其中RTOS包括：

用于检测错误的错误检测单元；

用于对错误进行分类的错误管理单元；

用于管理双工状态和状态转换的双工状态管理单元；

错误恢复单元，当所分类的错误需要双工切换时，通过执行双工切换操作而恢复错误；和

用于实现与用户接口的接口单元。

3.根据权利要求1所述的装置，其中活动板和备份板分别包括：

用于加载RTOS的处理器，其无需应用软件的干预而实现双工操作；

存储单元，用于存储系统运行所需的程序和数据中至少之一；

PCI控制单元，用于在双工切换时直接访问自侧板的存储器，并把自侧板的存储器内容转储到对侧板的存储器中；

以太网控制单元，用于通过以太网信道在自侧板和对侧板之间传输数据；和

双工控制单元，用于防止自侧板和对侧板之间的存储器访问冲突。

4.根据权利要求3所述的装置，其中在转储活动板存储器的内容时，把包括程序计数器和至少一个寄存器的内容的信息传输到备份板。

5.根据权利要求3所述的装置，其中当活动板的RTOS请求双工切换时，活动板的PCI控制单元通过PCI总线把活动板存储器的内容传输给备份板，并且执行备份操作。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述的存储器内容包括存储在可变数据区的数据。

7.一种在移动通信系统中操作处理器双工装置的RTOS，包括：

用于检测错误的错误检测单元；

用于对错误进行分类的错误管理单元；

用于管理双工状态和状态转换的双工状态管理单元；

错误恢复单元，当已分类的错误需要双工切换时，通过请求双工切换而恢复错误；和

用于实现用户接口的接口单元。

8.一种移动通信系统中基于RTOS的处理器双工方法：包括：

检测在活动板和备份板之间是否需要双工切换操作；

如果需要双工切换操作，则把活动板的存储器内容转储到备份板中；以及

启动备份板，以继续活动板的操作，并复位活动板。

9.根据权利要求8所述的方法，其中当活动板正常操作时，不执行存储器同步处理。

10.根据权利要求8所述的方法，其中在转储存储器内容时，把包括程序计数器和寄存器内容中至少之一的信息传输给备份板。

11.根据权利要求8所述的方法，其中转储存储器内容的步骤包括：

不使用处理器而直接访问活动板的存储器；

使用高速PCI总线，把所访问的存储器内容传输给备份板；以及

将所传输的内容复制到备份板的存储器中。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所访问的存储器内容包括存储在可变数据区的内容。

13.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

当检测到双工切换操作的需求时，确定备份板是否处于正常状态；

如果备份板不处于正常状态，则命令备份板重启；以及

如果备份板处于正常状态，则开始进行存储器的转储。