FPGA單芯片四核二乘二取二的安全系統(tǒng)

此外，在對CPU輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的同時(shí)，比較電路還對CPU是否正常工作進(jìn)行故障診斷。診斷正常則反饋CPU正常工作信息，使CPU進(jìn)行下一周期的工作；診斷為故障則反饋CPU錯(cuò)誤信息，此時(shí)系統(tǒng)切換，取另一組子系統(tǒng)的輸出為系統(tǒng)輸出，故障子系統(tǒng)進(jìn)入維修狀態(tài)。這樣確保了系統(tǒng)的可靠性、安全性。
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(dāng)工作單元出現(xiàn)故障，或者手動(dòng)切換時(shí)，要求進(jìn)行系統(tǒng)切換。本設(shè)計(jì)進(jìn)行了兩組故障檢測。
首先，為每個(gè)子系統(tǒng)的兩個(gè)coreABC分別設(shè)置兩個(gè)看門狗定時(shí)器，要求兩個(gè)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(gè)CPU中，只要有一個(gè)出現(xiàn)故障，在備機(jī)正常的情況下，系統(tǒng)就進(jìn)行切換。其次，將CPU輸出結(jié)果和子系統(tǒng)輸出結(jié)果進(jìn)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(dòng)切換信號記為SWITCH_1、SWITCH_2。只要系統(tǒng)故障或手動(dòng)切換時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)：
SYS_OUT=(AUTO_RST_1＆＆AUTO_RST_2)?1'bz：((AUTO_RST_1)?COM_OUT_2：COM_OUT_1)；
若主機(jī)正常工作，則輸出取主機(jī)的比較輸出；若主機(jī)故障，在備用單元正常時(shí)，則系統(tǒng)切換取備用單元的輸出；若主機(jī)修復(fù)，則切換到主機(jī)工作；若兩個(gè)子系統(tǒng)均故障，則系統(tǒng)故障。實(shí)現(xiàn)的流程如圖4所示。

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(shí)間內(nèi)保持在一個(gè)很高的水平。同時(shí)二乘二取二結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性和平均壽命等指標(biāo)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(gè)coreABC軟核，實(shí)現(xiàn)二乘二取二系統(tǒng)的方法。恰當(dāng)?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(gè)coreABC軟核，遵循二乘二取二系統(tǒng)的工作原理，合理實(shí)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(yàn)系統(tǒng)功能完全正常。
本設(shè)計(jì)的優(yōu)勢在于單芯片的功耗更小、電路設(shè)計(jì)更加便捷、系統(tǒng)可靠性和安全性更高、體積小、易維護(hù)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(kuò)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(jìn)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(qiáng)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。