串口通信在雙機冗余系統中應用

摘要： 本文扼要 分析 了當今帶專(zhuān)用檢測轉換電路的雙機冗余系統存在的可靠性 問(wèn)題 ，提出了利用雙機的串行口代替專(zhuān)用檢測轉換電路，通過(guò)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計思想，為 計算 機在 工業(yè) 實(shí)時(shí)監控系統 應用 中的可靠性開(kāi)辟新思路。
關(guān)鍵詞： 雙機 冗余 軟件 切換 　1、引言 冗余技術(shù)是計算機系統可靠性設計中常用的一種技術(shù)，是提高計算機系統可靠性的最有效 方法 ，同時(shí)也是鑒別各類(lèi)計算機控制系統好壞的標志之一。故世界各地廠(chǎng)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(mén)子和日本的三武等，它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是自己設計了專(zhuān)用檢測轉換電路來(lái)實(shí)現主備切換。本文提出一種新的構思，取消專(zhuān)用檢測轉換電路，采用一種高效、實(shí)用的軟件冗余技術(shù)來(lái)完成雙機切換。2、冗余系統介紹雙機冗余包括cpu、擴展電路、電源和外設雙備份的全系統冗余，不但可簡(jiǎn)化設計方案，還可大大地提高應用系統的可靠性。這種冗余系統具有如圖1所示的典型硬件結構。在圖1所示的系統中，u1和u2單元的軟硬件結構完全相同。如有必要，在設計各單元時(shí)，通過(guò)采用自診斷技術(shù)，軟件陷井或watch dog等系統自行恢復措施可使單元可靠性達到最大限度的提高。系統正常運行時(shí)，u1和u2中的一個(gè)單元處于正常工作狀態(tài)（把該單元稱(chēng)為主機），完成應用功能，而另一個(gè)單元（備機）處于等待備用狀態(tài)。當檢測轉換電路檢測到主機不能正常工作時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)備機進(jìn)入正常運行狀態(tài)，完成應用功能。此時(shí)，可對故障單元進(jìn)行脫線(xiàn)維護，在排除其故障后，可使其聯(lián)機進(jìn)入等待備用狀態(tài)。顯然，這種冗余系統已大大提高了應用系統的可靠性，并基本保證了應用系統的不間斷運行。但仔細分析，就會(huì )發(fā)現它存在以下不足之處：① 系統存在可靠性瓶頸，當檢測轉換電路自身出現故障時(shí)，不能監視主備機狀態(tài)，也無(wú)法完成主備機自動(dòng)切換功能；② 對于某些冗余系統，當備機需要實(shí)時(shí)保留主機之間的數據備份時(shí)，檢測轉換電路無(wú)法完成主備機之間的數據通信功能；③ 由于需要設計檢測轉換電路，系統設計和實(shí)現復雜，引入了附加的不可靠因素。3、改進(jìn)設計方案針對圖1所示的雙機冗余系統結構和缺點(diǎn)，筆者實(shí)現了一個(gè)簡(jiǎn)單高效、具有更高可靠性和主備機數據通信功能的改進(jìn)設計方案。其基本設計思想是：不改變上述冗余系統的基本結構，但完全去掉專(zhuān)用的檢測轉換電路，利用主備機雙方的串行口和軟件相結合的方法，實(shí)現檢測轉換電路的功能和主備機之間的數據通信功能。在此改進(jìn)的設計方案中，主備單元的硬件和軟件結構完全相同，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(dòng)進(jìn)入主機工作狀態(tài)，后上電者則進(jìn)入備機狀態(tài)。主機在其工作過(guò)程中除實(shí)現應用功能外，定期向備機發(fā)送反映其工作正常的狀態(tài)數據，當需要備份的數據發(fā)生變化時(shí)，主機及時(shí)向備機發(fā)送已更新的數據。此外，主機也定期接收來(lái)自備機的狀態(tài)數據，當發(fā)生接收超時(shí)時(shí)，主機認為備機已經(jīng)發(fā)生故障，并通過(guò)本單元的顯示裝置向用戶(hù)給出通知信號，以便及時(shí)對備機進(jìn)行脫線(xiàn)維護。備機在其工作過(guò)程中不完成應用功能，但定期接收來(lái)自主機的狀態(tài)數據，當發(fā)生接收超時(shí)，備機認為主機以經(jīng)發(fā)生故障，自動(dòng)切換進(jìn)入主機工作狀態(tài)，并通過(guò)本單元顯示裝置通知用戶(hù)，以便對原主機單元進(jìn)行脫線(xiàn)維護。此外，備機還自動(dòng)接收來(lái)自主機的備份數據并進(jìn)行存儲備份。 4、軟件模板下面的軟件模板給出了筆者已實(shí)現的雙機冗余系統的軟件框架，和 應用 系統實(shí)現密切相關(guān)的部分用 自然 語(yǔ)言簡(jiǎn)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構的冗余系統中。該軟件模板以visual c 進(jìn)行程序設計，常量ok,req,ack和nack分別表示主備機工作狀態(tài)正常，備份數據發(fā)送請求，肯定應答和否定應答信息的字符常量，main,standby分別是表示工作單元為主機或備機的常量標志。全局變量timeout用于設定以毫秒為單位的超時(shí)間隔，而update,cpustatus和failure分別是表示備份數據是否更新，主備機狀態(tài)和主備機是否發(fā)生故障的標志位變量。定時(shí)器0產(chǎn)生每隔1ms的定時(shí)中斷(采用queryperformancecounter((large_integer *)

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