CN100409590C - 实现***高可用性的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实现***高可用性的装置，用于通讯领域和工业自动化领域，包括：至少一对主控板，至少一对电源模块，若干单板；其中，各单板全部采用热插拔和缓启动设计，可以独立***机箱并上电；主控板、电源模块采用主备冗余设计。本发明装置操作简单，维护方便，能大大提高***的可用性，可以作为电信级设备使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现***高可用性的装置，尤其涉及通讯领域和工业自动化领域的实现***高可用性的装置。
背景技术
随着通讯技术、计算机技术及电子技术的不断发展，以及通讯设备的复杂化和小型化趋势，人们对通信***的要求越来越高，因此提高通信设备的可用性也变得越来越重要。高可用性设计已广泛应用于通讯***设备中，高可用性是指在用户需要使用设备的任何时候，***都是可用的。它包括两方面的含义，即可靠性(通常用平均无故障工作时间来衡量，即MTBF)和可维护性(故障后的平均维护时间，即MTTR)。可用性通常被定义为在规定的时间段内，***正常运行的时间占整个时间段的比例，常用百分比表示。通信***需要一天24小时、一年365天连续不间断运转，一个可用性为99.9％的通信***一年的平均故障时间为8.76小时(525分钟)，而一个可用性为99.999％的通信***一年的平均故障时间只有5分钟。
在现有技术中，通信***实现***高可用性的装置最常见的是采用符合COMPACT PCI规范的热插拔设计，该类装置包括一对主控板，若干业务板或I/O接口板，各单板在PCI总线上实现热插拔。在现有的热插拔***中，由于背板和单板相连的接插件中的信号大多是PCI总线，导致背板和单板上PCI总线走线太多太长，降低了***的可靠性。另外单板在产生热插拔中断时，***需要查询产生中断的单板，此时如果该单板的PCI接口芯片产生主接口闭锁，将不对PCI的地址周期产生响应，但会对配置周期产生目标重试，由于主控板是通过PCI配置周期来查询各单板的中断状态，这样就有可能会加重***查询产生中断的单板的负担，甚至会将***挂死。详情请参考PICMG 2.0 D3.0版本有关COMPACT PCI中断的定义。符合COMPACT PCI规范的热插拔设计，只有当主控板正常工作时，其它业务板和接口板才能正常上电并工作，也就是说，业务板和接口板的上电和工作完全依赖于主控板，没有主控板或主控板工作不正常，其它单板将无法实现热插拔。因此现有的热插拔设计很难实现***的高可用性。
发明内容
本发明要解决的问题是克服现有技术中***高可用性不易达标的缺陷，提供一种能实现***高可用性的装置。
本发明技术方案为：一种实现***高可用性的装置，包括：一块背板，至少一对主控板，至少一对电源模块，若干单板；其中，所述主控板、电源模块和单板都插在所述背板上，各单板全部采用热插拔和缓启动设计，独立***机箱并上电；主控板、电源模块采用主备冗余设计。
进一步地，部分完成重要功能的单板采用主备冗余设计。
进一步地，各单板的热插拔和缓启动电路采用双通道热插拔控制芯片设计，单板后端的上电和断电依靠板选控制信号来控制。
进一步地，板选控制信号为高时，双通道热插拔控制芯片禁止工作；板选控制信号为低时，双通道热插拔控制芯片允许工作。
进一步地，板选控制信号通过背板接插件连到单板内，并在背板上接地。
进一步地，各单板都包括热插拔状态转换电路，热插拔状态包括：初始状态，指单板***机箱，单板的扳手还没有合拢，热插拔状态指示灯亮；单板的扳手合拢状态，指单板的扳手合拢，此时单板的检测电路会检测到扳手状态变化，产生一个热插拔中断送给主控板；正常工作状态，指主控板收到热插拔中断后，发现有新单板***，开始初始化单板，分配资源，加载业务程序，并清除单板插拔状态和热插拔中断，热插拔状态指示灯灭；扳手打开状态，指当需要拔出某块正在工作的单板时，首先要打开单板的扳手，此时单板的检测电路检测到扳手状态变化，产生热插拔中断送给主控板；停止状态，指主控板收到热插拔中断后，发现有单板要拔出，开始卸载资源，卸载业务程序后，主控板清除单板插拔状态和热插拔中断，对单板后端进行断电，热插拔状态指示灯亮，此时可以拔出单板。
进一步地，主控板与其它单板通信采用主备冗余设计，正常工作时采用以太网通信，RS485总线作为备用通信通道。
进一步地，主控板包含监控电路，用于监控单板和电源模块，监控电路包括电源模块监测电路、单板心跳监测电路、单板后端上电和断电控制电路以及单板复位控制电路。
进一步地，主控板通过监控电路检测到单板上电后，开始计时，在规定时间内主控板和单板通信不成功，则主控板通过监控电路复位该单板。
进一步地，主控板通过监控电路对单板进行电源上电和断电控制，若发现单板有故障，可以复位该单板，也可以对该单板后端断电。
相较于现有技术，本发明的单板与背板相连的信号没有PCI总线，而是采用以太网信号和其它接口信号等，每块单板都单独采用热插拔和缓启动设计，上电时不依赖于主控板。本发明装置操作简单，维护方便，能大大提高***的可用性，可以作为电信级设备使用，真正达到99.999％的高可用性。
附图说明
图1为本发明装置的实施例结构框图；
图2为本发明装置的热插拔和缓启动电路框图；
图3为本发明装置的热插拔状态转换电路框图；
图4为本发明装置的主控板监控电路框图。
具体实施方式
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：
如图1所示，本发明实现***高可用性的装置的实施例包括：机箱，用于置入主控板、单板和电源模块；互为主备用的一对主控板，用于监控功能单板，并提供后台操作接口；互为主备用的一对电源模块，用于为装置内各单板集中供电；若干块可以独立***机箱并上电的功能单板，即实现特定业务的单板或I/O接口板，本实施例以15块功能单板为例。根据实际需要，其中部分完成重要功能的单板可采用主备冗余设计。主控板与其它单板通信采用主备冗余设计，正常工作时采用以太网通信，RS485总线作为备用通信通道。
图2为功能单板实现热插拔和缓启动的电路原理，本发明所有单板均支持热插拔和缓启动，热插拔和缓启动电路采用5V和3.3V双通道热插拔芯片设计，单板后端的上电和断电依靠板选控制信号来控制，板选控制信号为高时，双通道热插拔控制芯片禁止工作；板选控制信号为低时，双通道热插拔控制芯片允许工作。
板选控制信号通过背板接插件连到单板内，并在机箱背板上接地。背板和各单板均采用符合COMPACT PCI热插拔规范的接插件，机箱背板与单板相连的接插件插针按长度分为3种：长针，为电源引脚，***单板时长针最早接触单板，拔出单板时，最晚离开单板；中等长度针，为普通信号引脚；最短针为单板上电控制信号，也叫板选控制信号，每块单板对应的背板槽位最短针只有一根，在背板上接地，***单板时最短针最晚接触单板，拔出单板时，最早离开单板。板选控制信号为高时，双通道热插拔控制芯片禁止工作；板选控制信号为低时，双通道热插拔控制芯片允许工作。
双通道热插拔控制芯片控制N沟道MOS管的工作，当板选控制信号为低且输入电压正常时，N沟道MOS管可以正常工作，双通道热插拔控制芯片的心跳信号为低，说明单板后端已经正常上电。图2中的复位信号输入为主控板来的复位信号，经过双通道热插拔控制芯片后输出。
图3所示为本发明中实现热插拔的基本操作，即插拔单板的状态转换：初始状态为单板刚插上机箱，单板的扳手还没有合拢，此时还没有产生热插拔中断，热插拔状态指示灯亮。单板的扳手合拢后，单板的检测电路检测到扳手状态变化，单板工作状态转变为扳手合拢状态，单板插拔状态改变，并产生一个热插拔中断送给主控板。主控板收到热插拔中断后，检查热插拔寄存器状态，发现有新单板***，开始初始化单板，分配资源，加载业务程序，并清除单板插拔状态和热插拔中断，此时单板工作状态转变为正常工作状态，热插拔状态指示灯灭。当需要拔出某块正在工作的单板时，首先要打开单板的扳手，此时单板的检测电路检测到扳手状态变化，单板工作状态由正常工作状态转变到扳手打开状态，单板插拔状态改变，并产生热插拔中断送给主控板。主控板收到热插拔中断后，检查热插拔寄存器状态，发现有单板要拔出，开始卸载资源，卸载业务程序以使本板拔出不影响***正常工作。卸载完业务程序后，主控板清除单板插拔状态和热插拔中断，单板工作状态转变到停止状态，***点亮热插拔状态指示灯，并断开单板后端电源，此时可以拔出单板。各单板都含有热插拔状态转换电路，热插拔状态转换电路采用可编程器件实现。
如图4所示，本发明装置的主控板包含***监控电路，用于主控板对电源模块和其它单板进行监控，本实施例以主控板对15块单板和2个电源模块监控为例。监控电路包括：电源模块监测电路、单板心跳监测电路、单板后端上电和断电控制电路以及单板复位控制电路等。
电源监测电路主要是监测电源的电压是否正常，机箱风扇是否正常工作。***正常工作时，有主备两套电源，主用电源正常供电，备用电源随时准备供电。当***监测到主用电源故障，如电压不正常或风扇停转，以及电源检修需要可以随时中断主用电源供电，同时备用电源自动启用。
单板心跳监测电路主要是监测单板是否正常上电。主控板通过单板心跳监测电路检测到单板上电后，开始计时，在规定时间内主控板和单板通信不成功，则主控板通过单板复位控制电路复位该单板。
单板后端上电和断电控制电路可以对单板进行上电和断电控制，即控制双通道热插拔芯片的工作。主控板若发现单板有故障，可以复位该单板，也可以对该单板后端断电。
单板复位控制电路可以对单板进行复位。
以上主控板的监控电路用可编程器件实现。主控板的监控功能可以使***随时隔离和恢复故障单板，大大提高***维护的方便性和可用性。
以上描述的实施例是说明性的而不是限制性的，本发明的保护范围以权利要求所记载的内容为准，任何在不脱离本发明的精神和范围的情况下所作出的变化和修改，都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1. 一种实现***高可用性的装置，包括：一块背板，至少一对用于监控单板，并提供后台操作接口的主控板，一对用于为装置内各单板集中供电的电源模块，若干用于实现特定业务的单板；其特征在于，所述主控板、电源模块和单板都插在所述背板上，各单板全部采用热插拔和缓启动设计，独立***机箱并上电；主控板、电源模块采用主备冗余设计。
2. 根据权利要求1所述的实现***高可用性的装置，其特征在于，部分完成重要功能的单板采用主备冗余设计。
3. 根据权利要求1或2所述的实现***高可用性的装置，其特征在于，各单板的热插拔和缓启动电路采用双通道热插拔控制芯片设计，单板后端的上电和断电依靠背板接插件产生的板选控制信号来控制。
4. 根据权利要求3所述的实现***高可用性的装置，其特征在于，板选控制信号为高时，双通道热插拔控制芯片禁止工作；板选控制信号为低时，双通道热插拔控制芯片允许工作。
5. 根据权利要求4所述的实现***高可用性的装置，其特征在于，板选控制信号通过所述背板接插件连到单板内，并在所述背板上接地。
6. 根据权利要求1所述的实现***高可用性的装置，其特征在于，各单板都包括热插拔状态转换电路，热插拔状态包括：初始状态，指单板***机箱，单板的扳手还没有合拢，热插拔状态指示灯亮；单板的扳手合拢状态，指单板的扳手合拢，此时单板的检测电路会检测到扳手状态变化，产生一个热插拔中断送给主控板；正常工作状态，指主控板收到热插拔中断后，发现有新单板***，开始初始化单板，分配资源，加载业务程序，并清除单板插拔状态和热插拔中断，热插拔状态指示灯灭；扳手打开状态，指当需要拔出某块正在工作的单板时，首先要打开单板的扳手，此时单板的检测电路检测到扳手状态变化，产生热插拔中断送给主控板；停止状态，指主控板收到热插拔中断后，发现有单板要拔出，开始卸载资源，卸载业务程序后，主控板清除单板插拔状态和热插拔中断，对单板后端进行断电，热插拔状态指示灯亮，此时拔出单板。
7. 根据权利要求1所述的实现***高可用性的装置，其特征在于，主控板与其它单板通信采用主备冗余设计，正常工作时采用以太网通信，RS485总线作为备用通信通道。
8. 根据权利要求1所述的实现***高可用性的装置，其特征在于，主控板包含监控电路，用于监控单板和电源模块，监控电路包括电源模块监测电路、单板心跳监测电路、单板后端上电和断电控制电路以及单板复位控制电路。
9. 根据权利要求8所述的实现***高可用性的装置，其特征在于，主控板通过监控电路检测到单板上电后，开始计时，在规定时间内主控板和单板通信不成功，则主控板通过监控电路复位该单板。
10. 根据权利要求8或9所述的实现***高可用性的装置，其特征在于，主控板通过监控电路对单板进行电源上电和断电控制，若发现单板有故障，复位该单板或者对该单板后端断电。
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