CN1764080A - 一种实现主备倒换的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现主备倒换的装置和方法，所述装置包括一个主用工作单元和至少一个备用工作单元；每个工作单元包括：中央处理单元CPU、可编程逻辑电路、通信接口控制单元、数据总线和控制总线；主用工作单元与备用工作单元之间使用控制总线来连接各自的控制总线，通过标定各自的主备状态来控制本板软件系统的工作，并使用数据总线来进行周期性的数据同步。通过采用本技术，极大地提高了控制系统的可靠性，使得主备单元相对独立，便于实现自动倒换，自动回复，便于和其他各种冗余方式结合使用。

Description

一种实现主备倒换的装置和方法
技术领域
本发明属于通讯技术类，尤其涉及各种需要实现通信和控制的通讯设备中，其中的核心工作单元需要具有主备倒换功能。
背景技术
在各种具有通信和控制的通讯设备中，常常采用各种总线的分布式的体系，从设备的可靠性等方面考虑，经常需要其中的重要的核心控制工作单元具备主备倒换功能，通常会有两个同样的控制工作单元存在于这种分布式体系中，其中一个为主工作单元，其他的会处于备份状态，也就是备份的单元处于上电等待状态，一旦受保护的主工作单元出现故障，备份单元能够自动进入工作状态，代替失效的主用单元的功能，通常称此过程为热备份。
现有存在的技术中，要实现主要工作单元的主备倒换功能往往需要利用整个分布式的系统架构，例如背板、其他受控工作单元等来配合才能实现，这就需要对背板和其他受控单元进行很大的改造，带来成本上的增加。而且实现热备份时往往带来业务的中断，不能自动的实现工作状态和备用状态的灵活迁移，不能在主备之间数据同步的基础上快速实现倒换。在主备倒换发生的时候，往往会影响到系统中其他受控单元的工作，或者需要对其他单元的软硬件结构进行改变，以配合完成主备倒换的功能。因此这样的主备倒换技术实现起来往往会造成设备的结构非常复杂，而且成本也相应的增加。目前检索到的一些专利，都增大了系统的复杂性，并没有从根本上解决问题，相反还降低了系统的可靠性，或者给软件带来很大的实现难度，因此需要有一种能够工作在分布式结构中的主备倒换机制，多个控制单元能够同时联入总线，没有主备单元的区别，甚至能够实现1∶N的备份。
BSP是板级支持包(Bulletin Support Package)的简称，它将系统中与硬件直接相关的一层软件独立出来，这部分软件是针对某个单板而设计的。BSP的主要功能在于配置系统硬件使其工作于正常的状态，完成硬件与软件之间的信息交互，为OS及上层应用程序提供一个与硬件无关的软件平台。为满足OS之上的应用程序的需求而提供的一些外围设备的驱动程序，如网口，HDLC控制器Driver等，这些驱动程序一般需要应用程序通过OS层与BSP交互，当然可能还包括直接与应用程序交互的一些硬件驱动，如对各种控制信号的存取、自定义的驱动程序接口等。
发明内容
为了克服现有技术中的复杂性、高成本和低可靠性等缺点，本发明是基于分布式的结构，多个相互通讯的单元组成的系统中，无论通信的数据和控制总线是采用何种通信方式和协议类型，比如：ETHERNET、HDLC等的情况下，通过改变主、备工作单元的标识地址来实现核心工作单元的主备倒换。本发明属于一种能够工作在分布式结构中的主备倒换机制，多个控制单元能够同时连入总线，没有主备单元的区别，甚至能够实现1∶N的备份。
采用本方法，在故障发生时核心控制单元能够在不影响系统中其他各被控制单元正常工作的情况下比较容易的快速实现主备倒换，并可以在故障排除之后自动实现回复。
本发明所述的运用BSP地址切换实现主备倒换的装置由中央处理单元CPU、可编程逻辑电路、通信接口控制单元、数据总线和控制总线构成。本发明的装置中核心控制单元可以是两个或者两个以上同时连入总线，互为备份。
其中中央处理单元CPU通过通信接口控制单元利用数据总线实现与各备份单元的数据同步，同时通过可编程逻辑电路来实现与各备份单元的检测和控制功能。主用单元与备用单元之间使用控制总线来连接各自的控制总线，通过标定各自的主备状态来控制本板软件系统的工作，并使用数据总线来进行周期性的数据同步。在发现对方出现故障的时候，运用BSP地址的切换来实现主备倒换，并改变可编程电路的主备标识，备用单元开始承担主用单元的工作，原来的主用单元则通过控制总线被复位并发出故障告警。
使用本发明，可以通过可编程控制电路上面的逻辑，实现多个单元同时连入总线，确立主备之间的状态和检测，控制与复位逻辑，以及多个备用单元之间的切换优先级，适合各种分布式结构。
使用本发明可以实现主备控制单元之间自动实现主备倒换和同步，而不影响系统其他受控单元的工作。
本发明的所述的方法的步骤如下：
过程一：检测、倒换过程
第一步、初始化、确定主备单元；
第二步、系统中其他受控工作单元依据BSP的地址与主用控制单元进行通信。
第三步、各控制单元通过其单元内部的逻辑电路来进行检测；
第四步、正常工作时，主备单元之间通过数据总线周期性地进行数据同步备份；
第五步、如果备用单元出现异常，则主用工作单元上面的可编程控制电路通过控制总线将备用单元复位，且指定其他工作正常的备用单元为备用单元，并发出告警，同时恢复到第二步；
第六步、如果主用单元出现异常，则备用单元上面的可编程控制电路将主用单元的状态降为备用，同时复位该单元，将自己的状态设位主，地址改为主用地址，禁止自己的通信端口，按主用状态代表的地址重新使能的自己的通信端口，同时发出告警，回到第二步；
第七步、原主用单元复位后检测总线中是否有主用单元，如果没有自己继续执行主用功能，否则变为备用单元，按照备用状态来确定自己的地址和各通信端口的状态，回复到第二步。
过程二、自动恢复过程
在过程一的上添加下面步骤：
第八步、主用单元恢复正常时，主备数据完成同步，主备单元完成状态置换和地址修改。返回步骤第二步。
本发明的方法不排除强制倒换过程。
采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，由于采取了运用BSP的地址技术措施，在故障发生时能够在不影响系统正常工作的情况下实现倒换。并可以在故障排除之后自动实现回复。通过这样一种能够工作在分布式结构中的主备倒换机制，多个控制单元能够同时联入总线，没有主备单元的区别，甚至能够实现1∶N的备份，因此可以实现对系统进行灵活的升级，最大限度的保证原有背板和工作单元不动，各个工作单元可以独立升级，实现热备份。
采用本方法，可以不仅仅对系统中的关键单元进行备份，任何单元都可以在不影响背板和其他单元的结构的情况下，实现热备份。备用单元也可以互相备份，竞争上岗。
采用本方法，任何一个单元发生主备倒换，都不影响到其他单元的正常运行，甚至可以不知晓，也可以独立发出报警。
采用本方法，可以快速的进行地址切换，切换时间短，同时包括了数据同步过程，对原有的软件和硬件系统的改造要求非常小。
通过采用本技术，极大地提高了控制系统的可靠性，使得主备单元相对独立，便于实现自动倒换，自动回复，便于和其他各种冗余方式结合使用。
附图说明
图1是实现主备倒换的工作单元组成示意图；
图2是ETHERNET和HDLC的数据总线方式时实现主备倒换的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述技术方案的实施。
图1所示实施例
结合图1实施例叙述一下本发明的装置的结构组成。
各工作单元A1，A2，…，AN分别包括：CPUm、ICm、Cm(m取值为1～N)。CPU系统经过通信接口控制单元通过数据线实现与其他同样功能的工作单元进行数据同步，以及与其他工作单元的通信。CPU系统还利用可编程逻辑单元实现与其他同样功能的工作单元的检测和控制。此处的数据总线可以是HDLC总线或者ETHERNET总线等各种方式的数据线或者这些数据线的组合。
该实施例的步骤如下：
过程一：检测、倒换过程
第一步、上电后，各单板进行初始化、根据系统的设置来确定主备单元，主用单元(暂定为Am)运用BSP设置为主用控制和通信地址，备用单元则禁用该地址；主备用工作单元之间利用其他数据同步地址进行数据同步，该地址与系统中其他受控单元无关。
第二步、系统中其他受控工作单元依据系统设定主用BSP的地址与主用控制单元通过D1，D2，…，DN进行通信。
第三步、互为备份的A1、A2……AN单元分别利用C1，C2，…，CN之间通过R1，R2，…，RN来进行检测；
第四步、正常工作时，主备单元之间通过数据总线周期性地进行数据同步备份；
第五步、如果某个备用单元Ap出现异常，则主用工作单元Am向该备用单元复位，且指定其他工作正常的备用单元为备用单元，并发出告警，同时恢复到第二步；
第六步、如果主用单元Am出现异常，则备用单元Ap将主用单元的状态降为备用同时复位该单元，将自己的状态设位主，地址改为主用地址，禁止自己的通信端口，按主用状态代表的地址重新使能的自己的通信端口，同时发出告警，回到第二步；
第七步Am复位后检测总线中是否有主用单元，如果没有自己继续执行主用功能，否则变为备用单元，按照备用状态来确定自己的地址和各通信端口的状态，回复到第二步。
过程二、自动恢复过程
在过程一的上添加下面步骤：
第八步、主用单元Am恢复正常时，主备工作单元之间完成数据同步，主备工作单元完成状态置换和地址修改。同时返回步骤第二步。
图2实施例重点描述了数据总线为E1，E2，…，En和H1，H2，…，Hn存在时的装置示意图。其中，
D1，D2，…，DN：数据线
H1，H2，…，HN：HDLC数据线
E1，E2，…，EN：ETHERNET数据线
DB：系统数据总线
DB-E：系统ETHERNET数据总线
DB-H：系统HDLC数据总线
CB：系统控制总线
A1，A2，…，AN：多个工作单元
C1，C2，…，CN：可编程逻辑电路单元
CPU1，CPU2，…，CPUN：有至少2个通信接口的CPU系统
IC1，IC2，…，ICN：通信接口控制单元
R1，R2，…，RN：主备检测和控制线
该实施例的步骤如下：
过程一：检测、倒换过程
第一步、上电后，各单板进行初始化、根据系统的设置来确定主备单元，主用单元(暂定为Am)运用BSP设置为主用控制和通信地址，备用单元则禁用该地址；主备用工作单元之间利用其他数据同步地址进行数据同步该地址与系统中其他受控单元无关。
第二步、系统中其他受控工作单元依据系统设定主用BSP的地址与主用控制单元通过E1，E2，…，En和H1，H2，…，Hn进行通信。
第三步、互为备份的A1、A2……AN单元分别利用C1，C2，…，CN之间通过R1，R2，…，RN来进行检测；
第四步、正常工作时，主备单元之间通过数据总线周期性地进行数据同步备份；
第五步、如果某个备用单元Ap出现异常，则主用工作单元Am向该备用单元复位，且指定其他工作正常的备用单元为备用单元，并发出告警，同时恢复到第二步；
第六步、如果主用单元Am出现异常，则备用单元Ap将主用单元的状态降为备用同时复位该单元，将自己的状态设位主，地址改为主用地址，禁止自己的通信端口，按主用状态代表的地址重新使能的自己的通信端口，同时发出告警，回到第二步；
第七步Am复位后检测总线中是否有主用单元，如果没有自己继续执行主用功能，否则变为备用单元，按照备用状态来确定自己的地址和各通信端口的状态，回复到第二步。
过程二、自动回复过程
在过程一的上添加下面步骤：
第八步、主用单元Am恢复正常时，主备工作单元之间完成数据同步，主备工作单元完成状态置换和地址修改。同时返回步骤第二步。
上述具体实施方式以较佳实施例对本发明进行了说明，但这只是为了便于理解而举的一个形象化的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，可以做出各种可能的等同改变或替换，而所有这些改变或替换都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种实现主备倒换的装置，其特征在于，所述装置包括一个主用工作单元和至少一个备用工作单元；每个工作单元包括：中央处理单元CPU、可编程逻辑电路、通信接口控制单元、数据总线和控制总线；主用工作单元与备用工作单元之间使用控制总线来连接各自的控制总线，通过标定各自的主备状态来控制本板软件系统的工作，并使用数据总线来进行周期性的数据同步；主用工作单元的中央处理单元CPU通过通信接口控制单元利用数据总线实现与各备用工作单元的数据同步，同时通过可编程逻辑电路来实现与各备用工作单元的检测和控制功能；当主用工作单元出现故障的时候，通过BSP地址的切换来实现主备倒换，并改变可编程电路的主备标识，备用工作单元开始承担主用工作单元的工作，原来的主用工作单元则通过控制总线被复位并发出故障告警。
2.一种实现主备倒换的方法，其特征在于，所述方法包括以下处理步骤：
第一步、初始化、确定主备单元；
第二步、系统中其他受控工作单元依据BSP的地址与主用控制单元进行通信；
第三步、各控制单元通过其单元内部的逻辑电路来进行检测；
第四步、正常工作时，主备单元之间通过数据总线周期性地进行数据同步备份；
第五步、如果备用单元出现异常，则主用工作单元上面的可编程控制电路通过控制总线将备用单元复位，且指定其他工作正常的备用单元为备用单元，并发出告警，同时恢复到第二步；
第六步、如果主用单元出现异常，则备用单元上面的可编程控制电路将主用单元的状态降为备用，同时复位该单元，将自己的状态设位主，地址改为主用地址，禁止自己的通信端口，按主用状态代表的地址重新使能的自己的通信端口，同时发出告警，回到第二步；
第七步、原主用单元复位后检测总线中是否有主用单元，如果没有自己继续执行主用功能，否则变为备用单元，按照备用状态来确定自己的地址和各通信端口的状态，回复到第二步。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当主用单元恢复正常时，还包括以下步骤：主备数据完成同步，主备单元完成状态置换和地址修改，返回步骤第二步。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述确定主备单元具体包括以下过程：主用单元运用BSP设置为主用控制和通信地址，备用单元则禁用该地址；主备用工作单元之间利用其他数据同步地址进行数据同步，该地址与系统中其他受控单元无关。
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