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采用WDM的精确定时器及其在冗余技术中的应用

2011-01-13 17:06
冷血の爱
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  0 引 言

  高可靠性是现代军用电子设备和某些控制系统的首要需求。冗余技术是计算机系统可靠性设计中常采用的一种技术, 是提高计算机系统可靠性的最有效方法之一。合理的冗余设计将大大提高系统的可靠性, 但同时也增加了系统的复杂度和设计的难度, 应用冗余配置的系统还增加了用户投资。因此, 如何对冗余设计进行合理有效的设计, 是值得深入研究的课题。

  1:1 热冗余也就是所谓的双重化, 是其中一种有效的冗余方式, 但它并不是两个部件简单的并联运行,而是需要硬件、软件、通信等协同工作来实现。将互为冗余的两个部件构成一个有机的整体, 通常包括以下多个技术要点: 信息同步技术、故障检测技术、故障仲裁技术和切换技术、热插拔技术和故障隔离技术等。

  本文将WDM 的定时器功能应用在冗余技术中,为系统的故障检测和切换技术提供了一种解决方案, 并以双冗余CAN 总线接口板为例测试本设计的可行性。

  1 冗余技术

  冗余技术有两种方式: 工作冗余和后备冗余。工作冗余是对关键设备以双重或三重的原则来重复配置, 这些设备同时处于工作运行状态, 工作过程中若某一台设备出现故障, 它会自动脱离系统, 但并不影响系统的正常工作。后备冗余方式是使一台设备投入运行, 另一台冗余设备处于热备用状态, 但不投入运行, 在线运行设备一旦出现故障, 后备设备立即投入运行。常用的冗余系统按其结构可分为并联系统、备用系统和表决系统三种。最简单的冗余设计是并联装置, 其他方法还有串并联或并串联混合装置和多数表决装置等。当某部分可靠性要求很高, 但目前的技术水平和方法很难满足时, 冗余技术可能成为惟一较好的设计方法。但是冗余设计往往使系统的体积、重量、费用和复杂度均相应增加。因此, 除了重要的关键设备, 对于一般产品不宜采用冗余技术。

  冗余配置虽然增加系统的投资, 但它提高了整个用户系统的平均无故障时间( MTBF) , 缩短了平均故障修复时间( MT TR) 。因此, 在重要场合的控制系统中, 冗余技术的采用可有效提高系统的可靠性。

  一个冗余系统要工作通常是硬件与软件的配合完成的。在硬件上需要有几个相同的, 可独立工作的设备。在软件上来说, 就是在实现系统功能的同时, 要有错误检测功能和动态切换功能, 并且要在尽可能短的时间内完成切换动作。下面以双CAN 总线接口卡为例,主要从软件方面详述本后备冗余设计的实现细节。

  2 硬件设计

  CAN 控制器采用Philips 的SJA1000, 工作于BasicCAN 模式或PeliCAN 模式下, PeliCAN 模式支持CAN 2. 0B 协议, 采用8 位地址/ 数据复用总线接口。

  如图1 所示, PCI 总线双CAN 接口卡由2 片SJA1000 提供两路独立的CAN 接口, 每片芯片的8 位地址/ 数据总线和读写控制信号、锁存信号直接与PCI9052 相连。SJA1000 输出信号经过光耦到CAN 收发器PCA82C250, PCA82C250 供电电源为隔离电源,由隔离电源转换模块提供。CAN 总线的复位信号由FPGA 提供, CAN 控制器SJA1000 的中断信号输出到FPGA。

  

  图1 CAN 冗余模块系统结构图

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