采用WDM的精確定時器及其在冗余技術(shù)中的應(yīng)用

0 引 言

高可靠性是現(xiàn)代軍用電子設(shè)備和某些控制系統(tǒng)的首要需求。冗余技術(shù)是計算機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計中常采用的一種技術(shù)， 是提高計算機(jī)系統(tǒng)可靠性的最有效方法之一。合理的冗余設(shè)計將大大提高系統(tǒng)的可靠性， 但同時也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和設(shè)計的難度， 應(yīng)用冗余配置的系統(tǒng)還增加了用戶投資。因此， 如何對冗余設(shè)計進(jìn)行合理有效的設(shè)計， 是值得深入研究的課題。

1：1 熱冗余也就是所謂的雙重化， 是其中一種有效的冗余方式， 但它并不是兩個部件簡單的并聯(lián)運行，而是需要硬件、軟件、通信等協(xié)同工作來實現(xiàn)。將互為冗余的兩個部件構(gòu)成一個有機(jī)的整體， 通常包括以下多個技術(shù)要點: 信息同步技術(shù)、故障檢測技術(shù)、故障仲裁技術(shù)和切換技術(shù)、熱插拔技術(shù)和故障隔離技術(shù)等。

本文將WDM 的定時器功能應(yīng)用在冗余技術(shù)中，為系統(tǒng)的故障檢測和切換技術(shù)提供了一種解決方案， 并以雙冗余CAN 總線接口板為例測試本設(shè)計的可行性。

1 冗余技術(shù)

冗余技術(shù)有兩種方式: 工作冗余和后備冗余。工作冗余是對關(guān)鍵設(shè)備以雙重或三重的原則來重復(fù)配置， 這些設(shè)備同時處于工作運行狀態(tài)， 工作過程中若某一臺設(shè)備出現(xiàn)故障， 它會自動脫離系統(tǒng)， 但并不影響系統(tǒng)的正常工作。后備冗余方式是使一臺設(shè)備投入運行， 另一臺冗余設(shè)備處于熱備用狀態(tài)， 但不投入運行， 在線運行設(shè)備一旦出現(xiàn)故障， 后備設(shè)備立即投入運行。常用的冗余系統(tǒng)按其結(jié)構(gòu)可分為并聯(lián)系統(tǒng)、備用系統(tǒng)和表決系統(tǒng)三種。最簡單的冗余設(shè)計是并聯(lián)裝置， 其他方法還有串并聯(lián)或并串聯(lián)混合裝置和多數(shù)表決裝置等。當(dāng)某部分可靠性要求很高， 但目前的技術(shù)水平和方法很難滿足時， 冗余技術(shù)可能成為惟一較好的設(shè)計方法。但是冗余設(shè)計往往使系統(tǒng)的體積、重量、費用和復(fù)雜度均相應(yīng)增加。因此， 除了重要的關(guān)鍵設(shè)備， 對于一般產(chǎn)品不宜采用冗余技術(shù)。

冗余配置雖然增加系統(tǒng)的投資， 但它提高了整個用戶系統(tǒng)的平均無故障時間( MTBF) ， 縮短了平均故障修復(fù)時間( MT TR) 。因此， 在重要場合的控制系統(tǒng)中， 冗余技術(shù)的采用可有效提高系統(tǒng)的可靠性。

一個冗余系統(tǒng)要工作通常是硬件與軟件的配合完成的。在硬件上需要有幾個相同的， 可獨立工作的設(shè)備。在軟件上來說， 就是在實現(xiàn)系統(tǒng)功能的同時， 要有錯誤檢測功能和動態(tài)切換功能， 并且要在盡可能短的時間內(nèi)完成切換動作。下面以雙CAN 總線接口卡為例，主要從軟件方面詳述本后備冗余設(shè)計的實現(xiàn)細(xì)節(jié)。

2 硬件設(shè)計

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 協(xié)議， 采用8 位地址/ 數(shù)據(jù)復(fù)用總線接口。

如圖1 所示， PCI 總線雙CAN 接口卡由2 片SJA1000 提供兩路獨立的CAN 接口， 每片芯片的8 位地址/ 數(shù)據(jù)總線和讀寫控制信號、鎖存信號直接與PCI9052 相連。SJA1000 輸出信號經(jīng)過光耦到CAN 收發(fā)器PCA82C250， PCA82C250 供電電源為隔離電源，由隔離電源轉(zhuǎn)換模塊提供。CAN 總線的復(fù)位信號由FPGA 提供， CAN 控制器SJA1000 的中斷信號輸出到FPGA。


圖1 CAN 冗余模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖