“讓系統(tǒng)具有自愈能力”：基于Artix-7的四核同步模塊化冗余系統(tǒng)

　　冗余系統(tǒng)是為了為增加系統(tǒng)的可靠性，采取兩套或兩套以上相同、相對(duì)獨(dú)立配置的設(shè)計(jì)。采取兩套同樣配置的獨(dú)立硬件、軟件或設(shè)計(jì)等，可以做到在其中一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，另一套系統(tǒng)能立即啟動(dòng)，代替工作。冗余系統(tǒng)因?yàn)榍捌谕度刖薮螅笃诘木S護(hù)成本高，所以只有在高風(fēng)險(xiǎn)(包括金融風(fēng)險(xiǎn)、行政風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)以及危及生命安全的風(fēng)險(xiǎn))行業(yè)應(yīng)用比較廣泛，如：金融領(lǐng)域、核安全領(lǐng)域、航空領(lǐng)域、煤礦等領(lǐng)域。

　　而對(duì)于工業(yè)界，特別是現(xiàn)在的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，極大部分的公司實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，控制系統(tǒng)的自動(dòng)化以及安全穩(wěn)定性對(duì)公司的生產(chǎn)經(jīng)營具有極大的影響，甚至影響到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此控制內(nèi)核的處理器冗余系統(tǒng)開發(fā)變得非常重要。

　　MicroCore實(shí)驗(yàn)室目前在開發(fā)超小型，基于微定序器的嵌入式處理器內(nèi)核具有非常多的經(jīng)驗(yàn)，其處理器內(nèi)核可以在任何FPGA或ASIC技術(shù)中實(shí)現(xiàn)。他們最近實(shí)現(xiàn)了基于Artix-7 以 MCL51 為內(nèi)核的同步模塊冗余系統(tǒng)應(yīng)用，著實(shí)讓業(yè)界眼前一亮。

　　基于Artix-7的四核(MCL51內(nèi)核)同步模塊化冗余系統(tǒng)：

　　在今年6月，MicroCore實(shí)驗(yàn)室將四個(gè)兼容8051微處理器核的MCL51處理器集成到售價(jià)$99的Avnet/Digilent Xilinx Arty 開發(fā)板上，該開發(fā)板基于Xilinx Artix-7 35T FPGA，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)打印、音樂、顯示、鈴聲等多功能的能力(詳情參考 http://xilinx.eetrend.com/news/10248 )。而就在本周，MicroCor-e使用這個(gè)基于Artix-7 35T FPGA的四核開發(fā)板實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多模塊同步冗余系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有探測(cè)大量軟件錯(cuò)誤，以及及時(shí)重啟進(jìn)行修復(fù)的功能。每個(gè)處理器核模塊具有獨(dú)立的閾值邏輯，可以獨(dú)立檢測(cè)錯(cuò)誤，使得失效模塊可以自動(dòng)關(guān)閉甚至是重啟。而且完全實(shí)現(xiàn)完整的4核結(jié)構(gòu)只消耗700μsec。(從 Microcore app note[http://nebula.wsimg.com/0ee78ba5d125bb06faea0d625e2d9124?AccessKeyId=858... ]可以獲得更多的技術(shù)細(xì)節(jié)。)

　　當(dāng)然，MicroCore也給出了一個(gè)演示視頻，在視頻中，甚至考慮到該板卡出現(xiàn)嚴(yán)重輸入錯(cuò)誤的情況，而視頻中很清晰的展現(xiàn)了該板卡的“自愈”能力。

　　四核的8051處理器僅僅占用了1227個(gè)Artix-7 LUT資源，只是Artix-7 35T FPGA可編程邏輯的很小一部分。并且在之前的視頻演示中，四個(gè)例子完美適配基于 Artix-7 A35T FPGA的Avnet/Digilent Xilinx Arty 開發(fā)板。此外，這個(gè)板卡的價(jià)格也是非常具有競(jìng)爭(zhēng)力的。因?yàn)樵谫徺I板卡的同時(shí)，贈(zèng)送價(jià)值 $2995的Xilinx Vivado HL Design版本的使用權(quán)(僅限于該板卡使用)。

　　Artix-7 A35T FPGA：

　　Artix-7是賽靈思28nn FPGA系列之一，它采用采用小型化封裝、統(tǒng)一的 Virtex 系列架構(gòu)，Artix-7 FPGA其核心優(yōu)勢(shì)在于高達(dá)6.6Gb/s的收發(fā)器速度以及最高 DSP 帶寬，可連接USB3.0等高速傳輸設(shè)備。目前在低成本超聲波、可編程邏輯控制器、軟件定義無線電、多協(xié)議機(jī)器視覺相機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用的非常廣泛。對(duì)于要求DSP-邏輯混合、增強(qiáng)視頻和圖像質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)波形處理等功能的開發(fā)者這款FPGA具有非常大的吸引力。

　　而本次基于Artix-7 A35T FPGA的應(yīng)用只占用了很小的編程邏輯卻實(shí)現(xiàn)了四個(gè)處理器同步作用的功能，用戶使用“分而治之”的設(shè)計(jì)理念來搭建嵌入式系統(tǒng)，從而設(shè)計(jì)變得非常簡(jiǎn)潔。使用該FPGA實(shí)現(xiàn)了功能和設(shè)計(jì)的雙贏。

　　總結(jié)：

　　MicroCore實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的多核同步處理器冗余系統(tǒng)，極大程度的發(fā)現(xiàn)在器件使用過程中產(chǎn)生的不可避免問題，甚至是極為嚴(yán)重的輸入錯(cuò)誤。同時(shí)互不干擾的四核處理器給板卡提供一個(gè)非常安全穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境?；贏rtix-7的器件又在一個(gè)新的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了極高價(jià)值。相信在Xilinx公司的FPGA廣泛應(yīng)用下，各類器件板卡乃至工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)各項(xiàng)控制系統(tǒng)也會(huì)具有越來越強(qiáng)的“自愈”能力!