CN203786723U - 基于x86 pc/104嵌入式cpu模块的双机冗余系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于X86PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，包括主CPU模块、从CPU模块和总线冗余底板。两个CPU模块各有一个PC/104总线接口，总线冗余底板有三个PC/104总线接口，其中两个总线接口与两个CPU模块的总线接口相连接，另一个为负载总线接口，与设备板卡连接。两个CPU模块在系统中并联运行相同的操作系统和应用程序，总线冗余逻辑控制从机自动跟随主机运行，接收监控状态信息，根据状态信息判断CPU模块的故障并控制主从机自动无缝切换。本实用新型的双机冗余统通过总线冗余技术，软硬件结合的软件同步技术，CPU模块状态监控技术，主从机自动切换技术等实现两个CPU模块冗余工作，保证系统能持续提供服务，提高了系统工作的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种双机冗余系统，特别涉及一种基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统。
背景技术
冗余技术是计算机系统可靠性设计中常用的一种技术，是提高计算机系统可靠性的最有效方法。很多厂商的产品都有一个共同的特点，就是系统正常运行时，只有主设备单元处于正常工作状态，完成应用功能，而从设备处于等待备用状态。当主设备出现故障的时候，通过软件检测将从设备激活，保证系统在短时间内完全恢复正常使用。采用这种切换方式，主从设备不可能切换，系统恢复需要一定的时间。本实用新型提供一种基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，从机跟随主机同步运行，当主机出现故障的时候，可以实现主从机的无缝切换，保证系统能持续提供服务，提高了系统工作的可靠性。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，以实现两个CPU模块冗余工作，在故障状态时，可以实现主从机的自动无缝切换，保证系统能持续提供服务，提高系统工作的可靠性。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是：
一种基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，
包括主CPU模块、从CPU模块和总线冗余底板。两个CPU模块各自有一个PC/104总线接口，总线冗余底板有三个PC/104总线接口，其中两个总线接口与两个CPU模块的总线接口相连接，另一个为负载总线接口，与设备板卡连接。两个CPU模块在系统中并联运行相同的操作系统和应用程序，总线冗余逻辑控制从机自动跟随主机运行，接收系统监控的状态信息，根据状态信息判断CPU模块的工作状态并控制主从机切换。设备板卡只有都接收到主、从机二者相同的总线操作指令才能执行冗余后的总线操作。
所述双机冗余系统的总线冗余底板以FPGA逻辑芯器件为核心，由双口RAM存储器，总线电平转换电路，电源和时钟电路，总线连接器等构成。由FPGA经编程获得总线冗余逻辑，主要完成总线操作转发，总线输入输出操作同步，总线操作比较和记录，状态信息监控，主从CPU模块总线切换，主从CPU模块双口RAM交换数据。总线冗余逻辑为主CPU模块和从CPU模块各设置一个同步寄存器A和B，记录对应模块总线操作的相关状态位，双口RAM存储器记录总线操作的相关特征（操作方式、操作地址、操作数据）。CPU模块在进行总线操作时，需查询对方同步寄存器的相关状态位，进行相应的总线操作，通过双口RAM存取共享数据，保证主从CPU模块的同步运行。总线冗余逻辑接收总线时序、指令超时、CPU模块温度、CPU模块电压等状态监控信息，并判断CPU模块的工作状态，在故障状态下切换主从机，并再次完成主、从机的同步运行。如此重复执行上述过程。
本实用新型的双机冗余系统是由两个CPU模块的PC/104总线接口跟总线冗余底板的两个PC/104总线接口构成两条并联的总线冗余链路，由总线冗余逻辑控制主从机的总线操作，接收CPU模块的状态信息，实现主从机的同步运行和状态监控及故障状态下的自动无缝切换，保证系统能持续提供服务，提高了系统工作的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的双机冗余系统的系统结构框图。
图2是本实用新型的双机冗余系统的总线冗余底板的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述：
如图1所示，本实用新型的一种基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，
所述双机冗余系统包括主CPU模块1、从CPU模块2和总线冗余底板3。
所述双机冗余系统主CPU模块1和从CPU模块2为完全一样的标准PC/104板卡，分别具有1个PC/104总线接口11和12。所述CPU模块采用x86架构LX800处理器，板上集成芯片组、南北桥、显示芯片、网络芯片、音频控制器、Super I/O控制器等，扩展了标准的键盘、鼠标、VGA、USB、IDE、ISA等PC功能和接口，可作为嵌入式计算机主板应用。
如图2所示，总线冗余底板3以FPGA逻辑器件31为核心，由双口RAM存储器32，总线电平转换电路33、34、35，电源和时钟电路36，PC/104总线接口37、38、39等构成。由FPGA逻辑器件31经过编程实现总线冗余逻辑，主要完成总线操作转发，总线输入输出操作同步，总线操作比较和记录，状态信息监控，主从CPU模块总线切换，主从CPU模块双口RAM交换数据。总线冗余逻辑针对主CPU模块1和从CPU模块2各设置了一个同步寄存器A和B，记录总线操作的相关标志位。各设置了一个状态寄存器记录总线时序、指令超时、CPU模块温度、CPU模块电压等状态监控信息。FPGA是3.3V器件，PC/104总线是5V电平，通过FPGA提供PC/104总线接口时需由总线电平转换电路将3.3V电平转换为5V电平。双口RAM存储器32存储总线操作的相关特征（操作方式、操作地址、操作数据）等共享数据信息。电源和时钟电路34为总线冗余底板供电，提供总线冗余底板工作的时钟信号。
所述双机冗余系统的总线冗余底板3的PC/104总线接口37与主CPU模块1 的PC/104总线接口11相连接，总线接口38与从CPU模块2的PC/104总线接口21相连接，构成两条总线冗余链路，可组成分别以主CPU模块1和辅CPU模块2为核心的嵌入式计算机。
所述双机冗余系统在上电时，系统自动分配主机与从机，主机与从机运行相同的操作系统和应用程序。CPU模块通过总线冗余底板3的总线接口39对设备板卡实施访问时，需先查询同步寄存器A、B是否可以进行总线操作，如果同步寄存器显示不允许进行总线操作，CPU模块需等待同步寄存器相关标志或进行其它同步操作。
所述双机冗余系统的主CPU模块1经总线接口11发起总线操作时，总线冗余逻辑通过双口RAM存储器32记录总线操作的相关特征（操作方式、操作地址、操作数据）。主CPU模块1完成总线操作后，置位主CPU模块1的同步寄存器A的相关标志位，告知从CPU模块2可发起相同的总线操作，同时主CPU模块1开始进入等待状态，等待从CPU模块2完成相同的总线操作。从CPU模块2经总线接口21发起相同总线操作时，总线冗余逻辑通过双口RAM存储器32记录总线操作的相关特征（操作方式、操作地址、操作数据）。从CPU模块2完成总线操作后，置位从CPU模块2的同步寄存器B的相关标志位，告知主CPU模块1和总线冗余逻辑，从CPU模块2已完成相同的总线操作。总线冗余逻辑从双口RAM取出数据比较从CPU模块2的总线操作是否与主CPU模块1的总线操作相同，如果相同，PC/104总线接口39连接的设备板卡执行相应总线操作指令；如果不同，冗余逻辑状态位报警，人工干预处理此问题。之后主CPU模块1可以进行后续总线操作，从CPU模块跟随运行，重复上述运行过程。在上述总线操作过程中，采用软硬件结合的软件同步技术，从CPU模块2自动跟随主CPU模块1完成了相同的总线操作，实现了主、从CPU模块的同步运行。
所述总线冗余底板的FPGA逻辑器件通过与CPU模块总线和外设接口连接，获取总线时序、指令超时、CPU模块温度、CPU模块电压等状态信息，并将状态信息存入状态寄存器C、D。主CPU模块1和从CPU模块2定时读取状态寄存器C、D，并判断当前CPU模块的工作状态，如果主CPU模块1出现故障状态，总线冗余逻辑将切换主CPU模块1和从CPU模块2，复位主CPU模块1，从CPU模块2变为主机。主CPU模块1复位后重启变为从机，通过双口RAM存储器32读取共享数据，自动跟随上主机的运行，再次完成主从机的同步。如果从机出现故障状态，复位重启后仍为从机。总线冗余逻辑通过对系统状态信息的监控，实现了故障状态下的主从机切换。
如图1所示，本实用新型的双机冗余系统通过总线冗余底板的PC/104总线接口39连接设备板卡，执行冗余后的总线操作。设备板卡可以通过PC/104总线接口堆叠使用，可以是串口、CAN口、I/O口等通讯板卡。也可以通过设备板卡与仿真计算机相连，用以测试本系统的工作。
本实用新型的双机冗余统通过总线冗余技术，软硬件结合的软件同步技术，CPU模块状态监控技术，主从机自动切换技术等实现两个CPU模块冗余工作，保证系统能持续提供服务，提高了系统工作的可靠性。
Claims (8)
1.一种基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，包括主CPU模块、从CPU模块和总线冗余底板；两个CPU模块各自有一个PC/104总线接口，总线冗余底板有三个PC/104总线接口，其中两个总线接口与两个CPU模块的总线接口相连接，另一个为负载总线接口，与设备板卡连接；用以实现两个CPU模块PC/104总线的同步，仲裁和冗余，其特征在于，所述双机冗余系统包括：
主CPU模块和从CPU模块，采用x86架构LX800处理器；
总线冗余底板以FPGA逻辑器件为核心，由双口RAM存储器，总线电平转换电路，电源和时钟电路，总线连接器等构成。
2.如权利要求1所述的基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，其特征在于，所述主CPU模块和从CPU模块是完全一样PC/104 CPU模块，具有一个PC/104总线接口，一个作为主机，一个作为从机。
3. 如权利要求1所述的基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，其特征在于，所述总线冗余底板具有三个PC/104总线接口。
4.如权利要求1所述的基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，其特征在于，所述总线冗余底板的两个PC/104总线接口与主CPU模块和从CPU模块的PC/104总线接口相连接，构成两条总线冗余链路；另一个为负载总线接口，与设备板卡的PC/104总线接口连接。
5.如权利要求1所述的基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，其特征在于，所述总线冗余底板的总线冗余逻辑由FPGA经编程获得。
6.如权利要求1所述的基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，其特征在于，所述总线冗余底板的双口RAM存储器用于记录总线操作的相关特征（操作方式、操作地址、操作数据），总线冗余逻辑设置有同步寄存器用于记录总线操作的相关标志位、状态寄存器记录总线时序、指令超时、CPU模块温度、CPU模块电压等状态信息。
7.如权利要求1所述的基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，其特征在于，所述总线主CPU模块和从CPU模块同步运行相同的操作系统和应用程序，在上电时，系统自动分配主机与从机，且从机具有自动跟随主机运行的功能。
8.如权利要求1所述的基于X86 PC/104嵌入式CPU模块的双机冗余系统，其特征在于，设备板卡只有在都接收到主、从机二者相同的总线操作指令时才能执行冗余后的总线操作。
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