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串口通信在雙機冗余系統(tǒng)中應(yīng)用
摘要： 本文扼要 分析 了當(dāng)今帶專用檢測轉(zhuǎn)換電路的雙機冗余系統(tǒng)存在的可靠性 問題 ，提出了利用雙機的串行口代替專用檢測轉(zhuǎn)換電路，通過串行通信相互檢測主備機工作狀態(tài)，由軟件完成備機切換成主機的新型設(shè)計思想，為 計算 機在 工業(yè) 實時監(jiān)控系統(tǒng) 應(yīng)用 中的可靠性開辟新思路。關(guān)鍵詞： 雙機 冗余 軟件 切換 1、引言 冗余技術(shù)是計算機系統(tǒng)可靠性設(shè)計中常用的一種技術(shù)，是提高計算機系統(tǒng)可靠性的最有效 方法 ，同時也是鑒別各類計算機控制系統(tǒng)好壞的標(biāo)志之一。故世界各地廠商推出的新產(chǎn)品都或多或少帶有冗余技術(shù)。如美國的honeywell、德國的西門子和日本的三武等，它們都有一個共同的特點，就是自己設(shè)計了專用檢測轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)主備切換。本文提出一種新的構(gòu)思，取消專用檢測轉(zhuǎn)換電路，采用一種高效、實用的軟件冗余技術(shù)來完成雙機切換。2、冗余系統(tǒng)介紹雙機冗余包括cpu、擴展電路、電源和外設(shè)雙備份的全系統(tǒng)冗余，不但可簡化設(shè)計方案，還可大大地提高應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性。這種冗余系統(tǒng)具有如圖1所示的典型硬件結(jié)構(gòu)。
在圖1所示的系統(tǒng)中，u1和u2單元的軟硬件結(jié)構(gòu)完全相同。如有必要，在設(shè)計各單元時，通過采用自診斷技術(shù)，軟件陷井或watch dog等系統(tǒng)自行恢復(fù)措施可使單元可靠性達到最大限度的提高。系統(tǒng)正常運行時，u1和u2中的一個單元處于正常工作狀態(tài)（把該單元稱為主機），完成應(yīng)用功能，而另一個單元（備機）處于等待備用狀態(tài)。當(dāng)檢測轉(zhuǎn)換電路檢測到主機不能正常工作時，自動啟動備機進入正常運行狀態(tài)，完成應(yīng)用功能。此時，可對故障單元進行脫線維護，在排除其故障后，可使其聯(lián)機進入等待備用狀態(tài)。顯然，這種冗余系統(tǒng)已大大提高了應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性，并基本保證了應(yīng)用系統(tǒng)的不間斷運行。但仔細(xì)分析，就會發(fā)現(xiàn)它存在以下不足之處：① 系統(tǒng)存在可靠性瓶頸，當(dāng)檢測轉(zhuǎn)換電路自身出現(xiàn)故障時，不能監(jiān)視主備機狀態(tài)，也無法完成主備機自動切換功能；② 對于某些冗余系統(tǒng)，當(dāng)備機需要實時保留主機之間的數(shù)據(jù)備份時，檢測轉(zhuǎn)換電路無法完成主備機之間的數(shù)據(jù)通信功能；③ 由于需要設(shè)計檢測轉(zhuǎn)換電路，系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)復(fù)雜，引入了附加的不可靠因素。3、改進設(shè)計方案針對圖1所示的雙機冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和缺點，筆者實現(xiàn)了一個簡單高效、具有更高可靠性和主備機數(shù)據(jù)通信功能的改進設(shè)計方案。其基本設(shè)計思想是：不改變上述冗余系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，但完全去掉專用的檢測轉(zhuǎn)換電路，利用主備機雙方的串行口和軟件相結(jié)合的方法，實現(xiàn)檢測轉(zhuǎn)換電路的功能和主備機之間的數(shù)據(jù)通信功能。在此改進的設(shè)計方案中，主備單元的硬件和軟件結(jié)構(gòu)完全相同，各單元的主備工作狀態(tài)由上電順序決定，先上電的一方自動進入主機工作狀態(tài)，后上電者則進入備機狀態(tài)。主機在其工作過程中除實現(xiàn)應(yīng)用功能外，定期向備機發(fā)送反映其工作正常的狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)需要備份的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，主機及時向備機發(fā)送已更新的數(shù)據(jù)。此外，主機也定期接收來自備機的狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生接收超時時，主機認(rèn)為備機已經(jīng)發(fā)生故障，并通過本單元的顯示裝置向用戶給出通知信號，以便及時對備機進行脫線維護。備機在其工作過程中不完成應(yīng)用功能，但定期接收來自主機的狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生接收超時，備機認(rèn)為主機以經(jīng)發(fā)生故障，自動切換進入主機工作狀態(tài)，并通過本單元顯示裝置通知用戶，以便對原主機單元進行脫線維護。此外，備機還自動接收來自主機的備份數(shù)據(jù)并進行存儲備份。 4、軟件模板下面的軟件模板給出了筆者已實現(xiàn)的雙機冗余系統(tǒng)的軟件框架，和 應(yīng)用 系統(tǒng)實現(xiàn)密切相關(guān)的部分用 自然 語言簡單描述，其余部分為visual c 源代碼，因此，這一軟件模板很容易移植到相似結(jié)構(gòu)的冗余系統(tǒng)中。該軟件模板以visual c 進行程序設(shè)計，常量ok,req,ack和nack分別表示主備機工作狀態(tài)正常，備份數(shù)據(jù)發(fā)送請求，肯定應(yīng)答和否定應(yīng)答信息的字符常量，main,standby分別是表示工作單元為主機或備機的常量標(biāo)志。全局變量timeout用于設(shè)定以毫秒為單位的超時間隔，而update,cpustatus和failure分別是表示備份數(shù)據(jù)是否更新，主備機狀態(tài)和主備機是否發(fā)生故障的標(biāo)志位變量。定時器0產(chǎn)生每隔1ms的定時中斷(采用queryperformancecounter((large_integer *)【串口通信在雙機冗余系統(tǒng)中應(yīng)用】相關(guān)文章：
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