基于FPGA單芯片四核二乘二取二的安全系統(tǒng)
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2．3 系統(tǒng)切換
系統(tǒng)切換是二乘二取二系統(tǒng)首要的功能要求，當工作單元出現(xiàn)故障，或者手動切換時，要求進行系統(tǒng)切換。本設(shè)計進行了兩組故障檢測。
首先，為每個子系統(tǒng)的兩個coreABC分別設(shè)置兩個看門狗定時器，要求兩個coreABC向各自的看門狗發(fā)送周期自檢信號。若看門狗在溢出前收到該信號則CPU正常工作，否則溢出，該CPU判為故障。子系統(tǒng)的兩個CPU中，只要有一個出現(xiàn)故障，在備機正常的情況下，系統(tǒng)就進行切換。其次，將CPU輸出結(jié)果和子系統(tǒng)輸出結(jié)果進行比較，若相同則系統(tǒng)正常，否則系統(tǒng)故障。若備用單元正常，則系統(tǒng)切換，取備用單元輸出為系統(tǒng)輸出。
將主單元和備用單元的看門狗溢出信號分別記為WD_PLUSE_1、WD_PLUSE_2，比較器判決信號記為COM_RESULT_1、COM_RESULT_2，手動切換信號記為SWITCH_1、SWITCH_2。只要系統(tǒng)故障或手動切換時，系統(tǒng)進行切換，由此可得切換信號為：
AUTO_RST_1=WD_PLUSE_1 ‖COM_RESULT_1 ‖SWITCH_1
AUTO_RST_2=wD_PLUSE_2 ‖COM_RESULT_2 ‖SWITCH_2
系統(tǒng)切換通過以下語句實現(xiàn)：
SYS_OUT=(AUTO_RST_1＆＆AUTO_RST_2)?1'bz：((AUTO_RST_1)?COM_OUT_2：COM_OUT_1)；
若主機正常工作，則輸出取主機的比較輸出；若主機故障，在備用單元正常時，則系統(tǒng)切換取備用單元的輸出；若主機修復，則切換到主機工作；若兩個子系統(tǒng)均故障，則系統(tǒng)故障。實現(xiàn)的流程如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/150040.htm
對二乘二取二系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析可知，二乘二取二結(jié)構(gòu)同其他冗余方法雙模和三模結(jié)構(gòu)相比，系統(tǒng)的安全性可以在較長時間內(nèi)保持在一個很高的水平。同時二乘二取二結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性和平均壽命等指標均較高，所以是一種綜合性能比較好的冗余結(jié)構(gòu)。
結(jié) 語
本文選擇了合適的開發(fā)板資源，提出一種在FPGA中嵌入4個coreABC軟核，實現(xiàn)二乘二取二系統(tǒng)的方法。恰當?shù)乩?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/單芯片">單芯片有限的資源，嵌入4個coreABC軟核，遵循二乘二取二系統(tǒng)的工作原理，合理實現(xiàn)二取二總線比較判決、故障檢測和二乘系統(tǒng)切換，經(jīng)綜合后燒入，檢驗系統(tǒng)功能完全正常。
本設(shè)計的優(yōu)勢在于單芯片的功耗更小、電路設(shè)計更加便捷、系統(tǒng)可靠性和安全性更高、體積小、易維護和易升級換代，符合現(xiàn)階段我國聯(lián)鎖系統(tǒng)向模塊化、智能化、功能多樣化方向發(fā)展的要求，大大擴展了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的廣度和深度。嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展迅速，隨著FPGA技術(shù)的進步，單芯片內(nèi)的邏輯門電路數(shù)量更多，軟核的編寫更加成熟。單芯片多軟核的二乘二取二系統(tǒng)具有更強的生命力，它的高可靠性和低成本勢必帶來廣闊的應(yīng)用空間。
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