CN108021406B - 一种适用于机载计算机的双余度热备份cpu*** - Google Patents

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Abstract

本发明属于计算机应用技术领域，涉及一种为提高机载计算机任务可靠性而设计的双余度热备份CPU***。所述的***包括双余度CPU；***启动后，双余度CPU均保持空闲状态；当软件初始化完成后，两个CPU均开始通过写入特定地址的主控指令来使能CPU输出控制，主控指令中包括决定两个CPU启动顺序的延时处理控制逻辑；先启动的CPU模块的使能信号被设置为有效且取得输出控制权，同时将使能信号连接至后启动CPU的通道逻辑故障电路，后启动的CPU被先启动的CPU模块使能信号钳制处于无效状态。提供一种高可靠、可协调运作的适用于机载计算机的双余度热备份CPU***。

Description

一种适用于机载计算机的双余度热备份CPU***
技术领域
本发明属于计算机应用技术领域，涉及一种为提高机载计算机任务可靠性而设计的双余度热备份CPU***。
背景技术
随着机载电子设备综合化程度的不断提高，机载计算机工作的任务可靠性将直接关系飞机飞行安全，机载计算机一旦运行错误，将造成巨大的生命财产损失。
当前，机载计算机集成度越来越高，例如飞机上重要的机电管理***集成了环控、燃油、供电、液压等实时性要求很高的子***，这样就要求机电管理计算机具有很高的实时处理能力。CPU是整个机电管理计算机的控制核心和运算核心，CPU在运行过程中一旦发生故障或错误，将导致灾难性的后果，所以在提高CPU处理数据能力的同时，对CPU的余度设计方面也提出了新的要求。
传统的机电管理计算机，通常以多机、多通道的方式解决余度问题，本机本通道的运行状态只能通过他机他通道来监控，未能实现单机单通道的CPU多核处理策略。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种高可靠、可协调运作的适用于机载计算机的双余度热备份CPU***。
本发明的技术方案：一种适用于机载计算机的双余度热备份CPU***，所述的***包括双余度CPU；
***启动后，双余度CPU均保持空闲状态；
当软件初始化完成后，两个CPU均开始通过写入特定地址的主控指令来使能CPU输出控制，主控指令中包括决定两个CPU启动顺序的延时处理控制逻辑；
先启动的CPU模块的使能信号被设置为有效且取得输出控制权，同时将使能信号连接至后启动CPU的通道逻辑故障电路，后启动的CPU被先启动的CPU模块使能信号钳制处于无效状态。
优选地，两个CPU模块主动切换控制权时，由后启动CPU修改控制自身使能信号的地址数据，使自身的使能信号有效；然后先启动CPU模块再将自身的使能信号修改为无效。
优选地，若先启动的CPU模块由于硬件故障需要转移控制权，先启动的CPU主动将自身的使能信号置为无效，先启动的CPU模块对后启动CPU的钳制作用消失，后启动CPU的通道逻辑故障电路根据先启动CPU的状态信息将自身使能信号置为有效，后启动CPU接管输出控制权。
优选地，当两个CPU都放弃控制权时，由上层应用软件裁决对某一CPU进行重启。
本发明的有益效果：本发明提出了一种单机双余度热备份CPU处理机制，主CPU在处理***任务时，从CPU能够实时监控主CPU的运行状态，当主CPU发生故障时，从CPU能够及时抢占***控制权，从而接管***任务，提高机电管理计算机的任务可靠性。
附图说明
图1为本发明原理示意图。
具体实施方式
本发明提供一种机载计算机双余度热备份CPU***，对余度CPU运行过程中不同CPU对外设硬件资源输出控制权的调度方法进行研究。***启动后，双余度CPU均保持空闲状态(不占用外设资源不输出信号)，此时两个CPU均不享有外部设备控制权。当软件初始化完成后，两个CPU均开始通过写入特定地址的主控指令来使能CPU输出控制，为了区分两个CPU的输出次序，在控制逻辑中采用一定范围内的随机数对主控指令进行延时处理，因而两个CPU对外部设备的使能信号形成时间差，外在表现为两个CPU启动顺序不同。因此，先启动的CPU模块(称为主机)的使能信号将被设置有效且取得输出控制权，同时通过相互将使能信号连接至对方CPU的通道逻辑故障电路，后启动的CPU(称为从机)由主机使能信号钳制处于无效状态。正常运行时若需要控制权转移，主机主动清除特定地址的特定数即可。若主机由于硬件故障需要控制权转移，通道故障逻辑根据主机的状态信息将主机使能信号置为无效，这样对于从机的钳制作用消失，由于初始从机也进行写入特定地址的特定数来使能CPU输出控制，此时从机使能有效，接管输出控制权。
实施例
上电时，双机CPU的外设使能信号初态均为关闭状态。双机的软件进行初始化时，通过特定数据位向特定地址写入主控指令“0”，使得双机CPU模块的外设使能信号状态均为“0”，双机对外部设备均无控制输出。***任务启动后，双机立即向特定地址写入主控指令“1”，由于控制逻辑中采用了随机数对主控使能指令进行延时处理，因此双机会先后启动，先启动的称为主机，后启动的为从机。启动后，主机CPU模块的外设使能信号状态变为“1”(这里先设定看门狗信号为高电平，硬件无严重故障)，主机CPU模块对外部设备使能控制输出；此时，主机CPU模块的外设使能信号作用到从机的通道故障逻辑中，将从机CPU的外设使能信号状态钳制到“0”，从机CPU模块不能使能控制输出。
若主机正常运行一段时间后发生硬件故障(看门狗信号变为低电平)，则主机CPU模块的外设使能信号状态变为“0”，其对从机CPU模块的外设使能信号的钳制作用消失，由于此前从机软件曾通过特定地址写入主控指令“1”，此时，从机CPU模块的使能信号状态变为“1”，从机CPU模块的外设使能变为有效，将接管对外部设备的控制输出；同时，反过来钳制主机CPU模块的使能信号状态为“0”。即使主机故障恢复正常，依然是从机控制输出。
若主机正常运行一段时间后，应用软件需要进行CPU控制切换，可通过向特定地址写入主控指令“0”，则主机放弃外部设备的控制权(逻辑方式同步骤4)，从机接管外部设备的控制权。
若在某一种情况下，双机先均放弃了通道控制权(例如，双机均认为本机有故障)，此时的状态如步骤2，双机均不控制输出。此时，是否需要双机其中一方重新启动，则需要根据***需求由应用软件来进行裁决。

Claims (1)

1.一种适用于机载计算机的双余度热备份CPU***，其特征为：所述的***包括双余度CPU；
***启动后，双余度CPU均保持空闲状态；
当软件初始化完成后，两个CPU均开始通过写入特定地址的主控指令来使能CPU输出控制，主控指令中包括决定两个CPU启动顺序的延时处理控制逻辑；
先启动的CPU模块的使能信号被设置为有效且取得输出控制权，同时将使能信号连接至后启动CPU的通道逻辑故障电路，后启动的CPU被先启动的CPU模块使能信号钳制处于无效状态；
两个CPU模块主动切换控制权时，由后启动CPU修改控制自身使能信号的地址数据，使自身的使能信号有效；然后先启动CPU模块再将自身的使能信号修改为无效；
若先启动的CPU模块由于硬件故障需要转移控制权，先启动的CPU主动将自身的使能信号置为无效，先启动的CPU模块对后启动CPU的钳制作用消失，后启动CPU的通道逻辑故障电路根据先启动CPU的状态信息将自身使能信号置为有效，后启动CPU接管输出控制权；
当两个CPU都放弃控制权时，由上层应用软件裁决对某一CPU进行重启。
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