CN204406385U - 计算机系统的管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种计算机系统的管理装置，其中，计算机系统包括接收相同的外部数据的处于工作状态的当前计算机单元和处于非工作状态的至少一个备份计算机单元。该管理装置包括：逻辑控制单元，其中，逻辑控制单元与处于工作状态的当前计算机单元相连；用于控制总线通道与计算机系统中的计算机单元断开或连接的通道控制器，其中，通道控制器与处于工作状态的当前计算机单元之间通过总线通道相连，并且，通道控制器与逻辑控制单元相连。本实用新型通过对当前计算机单元的工作状态进行实时监测，并在当前计算机单元运行异常时发送复位信号以及切换信号来实现计算机单元之间的热切换，从而避免了系统冷切换所导致的信号中断问题。

Description

计算机系统的管理装置

技术领域

本实用新型涉及计算机领域，具体来说，涉及一种计算机系统的管理装置。

背景技术

在目前的带备份系统的计算机系统中主要采用的是冷备份设计，即，当主系统出现故障需要使用备份系统进行切换时，首先需要对主系统进行复位，并在主系统复位完成后，才可实现主系统与备份系统之间的切换，那么在主系统复位的一段时间内其必然会引起短暂通信过程的信号中断，对系统的实时性产生一定的影响。

针对相关技术中在对系统进行切换时所导致的信号中断的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中在对系统进行切换时所导致的信号中断的问题，本实用新型提出一种计算机系统的管理装置，能够实现计算机单元之间的热切换，并避免系统冷切换所导致的信号中断问题，实现系统与外设通信的高可靠性设计。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种计算机系统的管理装置，其中，计算机系统包括接收相同的外部数据的处于工作状态的当前计算机单元和处于非工作状态的至少一个备份计算机单元。

该管理装置包括：

逻辑控制单元，其中，逻辑控制单元与处于工作状态的当前计算机单元相连；

用于控制总线通道与计算机系统中的计算机单元断开或连接的通道控制器，其中，通道控制器与处于工作状态的当前计算机单元之间通过总线通道相连，并且，通道控制器与逻辑控制单元相连。

其中，逻辑控制单元包括：用于检测处于工作状态的当前计算机单元发送的喂狗信号的看门狗信号检测电路；用于在未检测到喂狗信号的情况下，发送复位信号至当前计算机单元的复位电路，其中，复位电路与看门狗检测电路相连；用于在未检测到喂狗信号的情况下，发送切换信号至通道控制器的通信切换电路，其中，通信切换电路与看门狗信号检测电路相连。

其中，通道控制器包括用于在接收到切换信号的情况下，从多个备份计算机单元中选择一个计算机单元作为目标计算机单元的计算机单元选择电路，其中，计算机单元选择电路与通信切换电路相连。

此外，通道控制器进一步包括用于断开总线通道与当前计算机单元的连接，并将总线通道连接至目标计算机单元的计算机单元切换电路，其中，计算机单元切换电路与计算机单元选择电路相连。

此外，逻辑控制单元包括与看门狗信号检测电路相连的定时器。

优选的，逻辑控制单元设有与处于工作状态的当前计算机单元相连的IO引脚。

优选的，通道控制器设有用于与卫星通信设备通信的RS422接口。

优选的，通道控制器设有用于与视距图像传输系统通信的以太网接口。

优选的，逻辑控制单元为复杂可编程逻辑器件CPLD。

优选的，通道控制器通过通信总线与计算机系统中的计算机单元通信。

本实用新型通过由逻辑控制单元对当前计算机单元的工作状态进行实时监测，并在当前计算机单元运行异常时发送复位信号以及切换信号，来实现计算机单元之间的热切换，从而避免了系统冷切换所导致的信号中断问题，实现了系统与外设通信的高可靠性设计。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的计算机系统的管理装置的框图；

图2是根据本实用新型实施例的计算机系统的管理装置的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型的实施例，提供了一种计算机系统的管理装置，其中，计算机系统包括接收相同的外部数据的处于工作状态的当前计算机单元和处于非工作状态的至少一个备份计算机单元。

如图1所示，根据本实用新型实施例的管理装置包括：

逻辑控制单元11，其中，逻辑控制单元11与处于工作状态的当前计算机单元相连；

用于控制总线通道与计算机系统中的计算机单元断开或连接的通道控制器12，其中，通道控制器12与处于工作状态的当前计算机单元之间通过总线通道相连，并且，通道控制器12与逻辑控制单元11相连。

其中，在一个实施例中，逻辑控制单元11可包括：用于检测处于工作状态的当前计算机单元发送的喂狗信号的看门狗信号检测电路；用于在未检测到喂狗信号的情况下，发送复位信号至当前计算机单元的复位电路，其中，复位电路与看门狗检测电路相连；用于在未检测到喂狗信号的情况下，发送切换信号至通道控制器12的通信切换电路，其中，通信切换电路与看门狗信号检测电路相连。

其中，在一个实施例中，通道控制器12包括用于在接收到切换信号的情况下，从多个备份计算机单元中选择一个计算机单元作为目标计算机单元的计算机单元选择电路，其中，计算机单元选择电路与通信切换电路相连。

此外，在另一个实施例中，通道控制器12进一步包括用于断开总线通道与当前计算机单元的连接，并将总线通道连接至目标计算机单元的计算机单元切换电路，其中，计算机单元切换电路与计算机单元选择电路相连。

此外，根据本发明实施例的逻辑控制单元11包括与看门狗信号检测电路相连的定时器。

优选的，在一个实施例中，逻辑控制单元11设有与处于工作状态的当前计算机单元相连的IO引脚。

优选的，在一个实施例中，通道控制器12设有用于与卫星通信设备通信的RS422接口。

优选的，在一个实施例中，通道控制器12设有用于与视距图像传输系统通信的以太网接口。

优选的，在一个实施例中，逻辑控制单元11为复杂可编程逻辑器件CPLD。

为了更好的理解本实用新型的上述技术方案，下面结合图2对本实用新型的上述技术方案进行详细阐述。

在本实施例的计算机系统(这里为带双控计算机的通信冗余备份系统)中包括主控制单元(即计算机单元)、备份控制单元(即计算机单元)、逻辑控制单元(其中，这里的逻辑控制单元为复杂可编程逻辑器件(CPLD))、通道控制器(这里为模拟通道切换控制器)、卫星通信设备以及视距图像传输子系统、RS422总线接口、以太网接口等部件组成。

其中，从图2中可以看出，模拟通道切换控制器可通过RS422总线接口与卫星通信设备连接进行通信，并且模拟通道切换控制器还可通过以太网接口与视距图像传输子系统连接进行通信。

此外，从图2中还可以看出主控制单元和备份控制单元是两个完全相同的计算机单元，即运行的是完全相同的操作系统，这里为一种实时操作系统：vxWorks程序，使用相同的电源供电模块、相同的处理器、相同的FLASH和同步动态随机存储器(SDRAM)以及数据、地址总线等，其中，电源供电模块与处理器相连为其进行供电，而处理器则与FLASH和SDRAM相连。并且，当其中一个计算机单元处于工作状态时，二者接收相同的外部数据输入，从而保证了主控制单元和备控制单元的完全相同，在任何情况下，当任意一个控制单元出现故障时均可由另一个控制单元进行实时的替换，从而保证系统的正常运行，值得注意的是，这里虽然对两个计算机单元进行了主、备方式的命名，但是二者之间是平等的关系，并不存在主从控制。

此外，为了方便读者理解本发明的技术方案，在本例中只是示意性的以两个计算机单元为例，即一个处于工作状态的主控制单元和一个处于非工作状态的备份控制单元，但是在实际应用中，本发明对于备份控制单元的数量并不作限定，其可以根据实际需要进行不同数量的设定，从而使得当一个备份控制单元出现故障时，还可利用其它的备份控制单元来实现计算机单元的可靠性切换。

同样的，如果存在一个以上的多个备份控制单元时，那么多个备份控制单元和主控制单元必然是使用相同的操作系统，接收完全相同的数据的相同的计算机单元，以此来保证即便切换系统的计算机单元，系统仍然能够正常运行，不存在兼容性的问题。

那么具体到管理装置中各部件的运行情况，如图2所示，当系统上电后默认情况下由主控制单元接管系统的控制工作，具体的，模拟通道切换控制器会负责将总线通道(即通信总线)连接至主计算机，即主控制单元，那么在系统运行过程中，不论支持系统运行的计算机单元为哪一个计算机单元，为了保证CPLD知晓此时运行的计算机单元是否运行正常，在系统运行过程中，当前的计算机单元(这里为主控制单元)会定期，即每隔一定的时间(即在预定的时间内)向CPLD中的看门狗信号检测电路发送硬件看门狗喂狗信号(喂狗信号)，即以喂狗信号来表示计算机单元处于正常工作状态，使得CPLD中的看门狗信号检测电路每隔一定的时间(即在预定的时间内)均可接收到来自主控制单元的喂狗信号，实现对当前计算机单元的运行监测。

其中，CPLD中设有与看门狗信号检测电路相连的定时器(定时器的定时时间即为前文的预定的时间)，而看门狗信号检测电路在对喂狗信号进行检测时，就可在定时器的控制下进行喂狗信号的接收。

那么当主控制单元工作异常时，主控制单元必然无法向CPLD发送喂狗信号，那么在超过预定的时间(即定时器超时)后，如果CPLD中的看门狗信号检测电路还没有接收到来自主控制单元的喂狗信号，则可确定主控制单元处于工作异常状态，那么CPLD中与看门狗信号检测电路相连的复位电路就会发送复位信号至主控制单元单元、同时，与看门狗信号检测电路相连的通信切换电路就会发送切换信号至模拟通道切换控制器；

那么主控制单元就可根据接收到的复位信号来进行主控制单元的复位，同时，模拟通道切换控制器就会根据接收到的切换信号通过通信总线来将备份控制单元切换为当前控制单元(即当前计算机单元)。具体的，模拟通道切换控制器中会断开总线通道(系统通信总线链路)与主控制单元之间的连接，而使总线通道(系统通信总线链路)连接至备份控制单元，从而使得备份控制单元接管当前系统的控制工作，实现了对异常的主控制单元的快速切换，而不必等待主控制单元复位完成后再使系统重新开始工作，能够避免在主控制单元复位期间所导致的系统通信短暂过程的信号中断，对系统造成影响。

而且，因为主控制单元和备份控制单元为完全相同的两个计算机单元，且在主控制单元进行工作时，备份控制单元接收的是与主控制单元完全相同的外部数据，因此，可保证在计算机单元完成热切换后对数据的处理不造成影响(即采用同样的数据处理方式)，而且处理的数据也是完全相同的，从而保证了计算机单元的无缝切换。

而在上述实施例中，CPLD在对是否发送复位信号、切换信号的判断上是以CPLD中的看门狗信号检测电路是否接收到喂狗信号的情况来判定的，而在一个优选的实施例中，也可能存在一种虽然主控制单元的工作情况出现了异常，从而导致喂狗信号未发出，但是该异常是可修复的或者说其对计算机单元的正常业务处理不会产生较大的影响，那么CPLD中的看门狗信号检测电就可基于表示计算机单元运行状况的IO引脚信号来对是否发出复位信号、切换指令进行判断，具体的：

在系统运行过程中，当前计算机单元(主控制单元)不仅仅会发送喂狗信号至CPLD，其还会通过IO引脚信号来将主控制单元的运行状况实时的发送给CPLD，例如每个引脚的状态对应一种应用程序的运行状况，因此，看门狗信号检测电路就可通过读取每个IO信号引脚的状态来判断主控制单元的每个应用程序的运行状况，如果看门狗信号检测电路在CPLD的定时器超时后还没有接收到喂狗信号，看门狗信号检测电路就可根据接收到的IO信号引脚的状态来判断是哪个程序运行异常所导致的喂狗信号未发出，如果判断导致主机算机异常的程序为非关键程序，那么此时CPLD中的复位电路则无需发送复位信号，同样的通信切换电路也无需发送切换信号至模拟通道切换控制器；另一方面，如果CPLD的看门狗信号检测电路通过对IO信号引脚的状态进行判断发现导致主控制单元异常的程序为系统运行的关键程序，那么，此时CPLD中的复位电路就可发送复位信号至主控制单元，同时CPLD中的通信切换电路发送切换信号至模拟通道切换控制器来进行主控制单元和备份计算机之间的切换。

在本实施例中，通过使CPLD中的看门狗信号检测电路在接收表示计算机单元处于正常工作状态的喂狗信号的同时，还可实时的接收并读取IO信号引脚的状态来判断当前计算机单元的哪个部分处于工作异常状态，因为，只要系统异常，当前计算机单元就不会发送喂狗信号至CPLD，那么在加入了IO信号引脚的状态的读取，就可避免不必要的系统复位和系统切换，使对计算机系统的计算机单元的管理上更加细化，并保证了系统工作的高效性，而且在系统的复位和切换上也更加灵活，从而适应了系统不同的运行异常场景，并能够针对不同的异常场景进行不同的处理。

此外，在一个实施例中，根据本发明实施例的CPLD还包括采集电路，在系统工作时，采集电路可实时采集主控制单元和备份控制单元(即本系统中的所有计算机单元)的工作状态信息，并将工作状态信息反馈给CPLD的看门狗信号检测电路，看门狗信号检测电路就可结合该工作状态信息来判断是否进行计算机单元的切换，即，复位电路发送复位信号至当前计算机单元、通信切换电路发送切换信号至模拟通道切换控制器。

此外，在另一个实施例中，当计算机系统中存在两个以上的计算机单元时，即一个以上的备份计算机单元时，那么在进行计算机单元的切换时，就存在一个从多个备份计算机单元中进行选择的问题，而至于在对多个计算机单元进行选择时所用的选择规则可以是由CPLD指定的，也可以是由通道切换控制器指定的。

在本例中，选择规则是由通道切换控制器指定的，并且，在本例中，通道控制器包括与通信切换电路相连的计算机单元选择电路，用于在接收到切换信号的情况下，从多个备份计算机单元中选择一个计算机单元作为目标计算机单元的。那么在这种情况下，与计算机单元选择电路相连的计算机单元切换电路就会断开总线通道与当前计算机单元的连接，并将总线通道连接至目标计算机单元的，即将目标计算机单元切换为当前计算机单元。

当然在另一个实施例中，该选择规则还可以是由CPLD指定的，那么在这种情况下，那么CPLD的就可根据接收的来自通道切换控制器所反馈的各个计算机单元的工作状态信息来确定相应的选择规则，即CPLS根据该工作状态信息来确定由哪个计算机单元作为目标计算机单元，从而实现目标计算机单元对当前计算机单元的实时切换。

通过本发明上述实施例的双冗余计算机控制系统的热备份设计，能够利用逻辑故障处理模块(即，CPLD)实现主及备份控制单元的热切换，实现系统与外设通信的高可靠性设计，有效的解决了控制单元(即计算机单元)冷切换所导致的信号中断问题。

而在实际应用中，本发明的上述技术方案则可应用于航天飞行器与地面设备的通信，能为该通信链路提供高可靠性的、无间断的实时通讯保障，在航天飞行器主控制器出现异常时，能无缝切换到备用系统，实时恢复系统通信到正常状态。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过对当前计算机单元的工作状态进行实时监测，并根据监测结果在发送复位信号的同时也发送切换指令，能够实现主及备份控制单元的热切换，而无需等待主控制单元复位完成再重新开始工作，从而避免因通信中断造成的影响，从而实现了系统与外设通信的高可靠性设计，有效的解决了控制单元冷切换所导致的信号中断问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种计算机系统的管理装置，其中，所述计算机系统包括接收相同的外部数据的处于工作状态的当前计算机单元和处于非工作状态的至少一个备份计算机单元，其特征在于，包括：

逻辑控制单元，其中，所述逻辑控制单元与所述处于工作状态的当前计算机单元相连；

用于控制总线通道与所述计算机系统中的计算机单元断开或连接的通道控制器，其中，所述通道控制器与所述处于工作状态的当前计算机单元之间通过总线通道相连，并且，所述通道控制器与所述逻辑控制单元相连。

2.根据权利要求1所述的管理装置，其特征在于，所述逻辑控制单元包括：用于检测所述处于工作状态的当前计算机单元发送的喂狗信号的看门狗信号检测电路；用于在未检测到所述喂狗信号的情况下，发送复位信号至所述当前计算机单元的复位电路，其中，所述复位电路与所述看门狗检测电路相连；用于在未检测到所述喂狗信号的情况下，发送切换信号至所述通道控制器的通信切换电路，其中，所述通信切换电路与所述看门狗信号检测电路相连。

3.根据权利要求2所述的管理装置，其特征在于，所述通道控制器包括用于在接收到所述切换信号的情况下，从所述多个备份计算机单元中选择一个计算机单元作为目标计算机单元的计算机单元选择电路，其中，所述计算机单元选择电路与所述通信切换电路相连。

4.根据权利要求2所述的管理装置，其特征在于，所述通道控制器进一步包括用于断开所述总线通道与所述当前计算机单元的连接，并将所述总线通道连接至所述目标计算机单元的计算机单元切换电路，其中，所述计算机单元切换电路与所述计算机单元选择电路相连。

5.根据权利要求2所述的管理装置，其特征在于，所述逻辑控制单元包括与所述看门狗信号检测电路相连的定时器。

6.根据权利要求1所述的管理装置，其特征在于，所述逻辑控制单元设有与所述处于工作状态的当前计算机单元相连的IO引脚。

7.根据权利要求1所述的管理装置，其特征在于，所述通道控制器设有用于与卫星通信设备通信的RS422接口，。

8.根据权利要求1所述的管理装置，其特征在于，所述通道控制器设有用于与视距图像传输系统通信的以太网接口，。

9.根据权利要求1所述的管理装置，其特征在于，所述逻辑控制单元为复杂可编程逻辑器件CPLD。

10.根据权利要求1所述的管理装置，其特征在于，所述通道控制器通过通信总线与所述计算机系统中的计算机单元通信。