基于CPCI總線冗余控制計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

程春 等

摘要：隨著人們對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制的可靠性要求逐漸提高，在本文中，介紹了一種基于CPCI總線控制計(jì)算機(jī)的冗余設(shè)計(jì)方式，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)原理以及應(yīng)用方式進(jìn)行一定的分析與探討。

關(guān)鍵詞：CPCI總線 冗余控制 實(shí)現(xiàn)

1 概述

作為系統(tǒng)的核心部件，控制計(jì)算機(jī)有著進(jìn)行控制、數(shù)據(jù)處理等作用。而對(duì)于其重要性而言，高度的可靠性是其在正常運(yùn)作中必不可少的一部分。冗余技術(shù)其功能就是在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)多套相同給定任務(wù)的技術(shù)，當(dāng)主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，其冗余部分的設(shè)備就會(huì)在第一時(shí)間介入，并將工作進(jìn)行承擔(dān)，從而對(duì)系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)間盡到最大程度的降低，并將系統(tǒng)的故障率進(jìn)行降低。從這里我們就可以了解到對(duì)一個(gè)穩(wěn)定性要求極高的控制計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，對(duì)其采用冗余方式的設(shè)計(jì)是非常重要的。

2 系統(tǒng)原理

對(duì)于冗余控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其是由兩套相對(duì)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)組合而成。在兩個(gè)計(jì)算機(jī)中，分別有一套獨(dú)立的I/O信號(hào)，其在控制電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行切換選擇之后對(duì)外提供的一套I/O接口，同時(shí)處于工作中的I/O信號(hào)對(duì)外界進(jìn)行接通并連接。在這兩套計(jì)算機(jī)設(shè)備中，其無(wú)論是硬件還是軟件的配置都是完全一樣的，并在普通計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上多了擴(kuò)展板設(shè)備。擴(kuò)展板工作在Compact PCI總線中，并可以依據(jù)系統(tǒng)所需要的功能來(lái)配置相應(yīng)的接口。在系統(tǒng)中，設(shè)置了4個(gè)擴(kuò)展板槽位，如果工作需要的槽位很多，就可以使用CPCI總線進(jìn)行擴(kuò)展。工作系統(tǒng)示意圖如圖1 所示：

在冗余控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)加電開(kāi)關(guān)也是相對(duì)獨(dú)立的，這就使我們可以通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)的控制來(lái)對(duì)需要工作的計(jì)算機(jī)進(jìn)行選擇，同時(shí)，切換電路也可以對(duì)相應(yīng)計(jì)算機(jī)的接口進(jìn)行自動(dòng)的識(shí)別。而當(dāng)其中的一套計(jì)算機(jī)處于工作狀態(tài)中時(shí)，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)就處于冷備份的狀態(tài)。

3 雙電源互鎖設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中，分別設(shè)置了兩種額度的DC電源輸出。以+5V電源為例，在其每塊電源中都有著使能端、輸出端與互鎖控制信號(hào)輸出端。其中，使能端能夠?qū)﹄娫吹腄C-DC轉(zhuǎn)換的工作信號(hào)進(jìn)行控制，其中的一塊電源互鎖信號(hào)也同另一塊電源的使能端進(jìn)行連接。當(dāng)外部的電源同系統(tǒng)接通，且使能端在高電平狀態(tài)時(shí)，電源就會(huì)正常進(jìn)行工作，并輸出+5V的電源，且互鎖系統(tǒng)的信號(hào)為低電平。而當(dāng)使能端為低電平時(shí)，電源的工作就會(huì)被停止，并終止+5V電源的輸出，且互鎖系統(tǒng)的信號(hào)為高電平。從而以這種方式實(shí)現(xiàn)了電源的互鎖控制。

4 切換控制

切換控制的作用就是對(duì)兩部分I/O信號(hào)進(jìn)行切換，并根據(jù)系統(tǒng)要求選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)信號(hào)進(jìn)行輸出，無(wú)論是哪一電源在工作，切換控制的電路都在工作狀態(tài)中。

在系統(tǒng)中，切換控制的原理為兩塊電源的不同電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)繼電器選擇器進(jìn)行輸出，同時(shí)，只要有一個(gè)電源在工作狀態(tài)，繼電器選擇器就可以提供出兩種高電壓的信號(hào)，從而使切換電路能夠根據(jù)實(shí)際情況對(duì)這兩種電路進(jìn)行切換。

而對(duì)于切換電路的切換器件選擇來(lái)說(shuō)，由于顯示信號(hào)（VGA）使用的切換設(shè)備為MAX4885，其對(duì)于一般的信號(hào)（USB等）則采用了MAX4761。同時(shí)，對(duì)于因特網(wǎng)信號(hào)來(lái)說(shuō)，使用開(kāi)關(guān)對(duì)其選擇就不太適當(dāng)了，這就需要有針對(duì)性的對(duì)其選擇四通道的交換電路使其對(duì)因特網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行選擇。當(dāng)全部的因特網(wǎng)信號(hào)進(jìn)入交換電路之后，就可以將所有的因特網(wǎng)接口以交換電路的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，并以這種方式對(duì)系統(tǒng)的要求進(jìn)行滿(mǎn)足。

5 數(shù)據(jù)共享

在本系統(tǒng)中，使用了IDE接口的存儲(chǔ)器，同時(shí)基于上述描述的冷備份系統(tǒng)特點(diǎn)，這兩套計(jì)算機(jī)不會(huì)同時(shí)進(jìn)行工作，那么就會(huì)使兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間不會(huì)直接進(jìn)行信息的溝通，從而不會(huì)對(duì)相互的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行共享。但是，數(shù)據(jù)共享在實(shí)際的工作應(yīng)用過(guò)程中不可避免的會(huì)被使用到，這就需要我們對(duì)其采取一定方式對(duì)其共享進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)IDE信號(hào)也使用了切換的方式，從而保證使其中任意一套計(jì)算機(jī)在工作期間都可以對(duì)有著主次關(guān)系的兩個(gè)不同存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問(wèn)。在這兩個(gè)存儲(chǔ)器之中，也具有不同的操作系統(tǒng)與設(shè)備軟件，所以我們就可以根據(jù)自身的意愿從其中一個(gè)存儲(chǔ)器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行引導(dǎo)啟動(dòng)，從而在啟動(dòng)之后使另一個(gè)存儲(chǔ)器也會(huì)被訪問(wèn)到。通過(guò)這樣的方式，我們就很好的實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)中不同計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)共享，從而更加便捷的獲取不同計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)信息。

6 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，冗余技術(shù)能夠有效的對(duì)系統(tǒng)的可靠程度進(jìn)行提高，是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。通過(guò)我們將這種技術(shù)應(yīng)用到控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，雖然使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度與復(fù)雜程度得到了增大，但是對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性卻進(jìn)行有效的提高，同時(shí)還能夠?qū)ο到y(tǒng)故障發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行有效的縮短，從而較好地達(dá)成了預(yù)期的目標(biāo)。

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作者簡(jiǎn)介：程春（1985-），女，河南鄭州人，助教，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用；馬妮娜（1982-），女，河南信陽(yáng)人，助教，研究方向：計(jì)算機(jī)軟件。