CN111767244A - 基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备 - Google Patents

基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，所述设备包括部署在国产龙芯平台上的分别记为主机、备机的主计算机设备和备计算机设备，主备同步模块、主备切换模块以及机柜管理模块；每个计算机设备均包括：BMC模块以及测控CPU模块；所述BMC模块上设有CAN、GPIO通信接口。本发明利用双冗余热备份的方法保证了设备能长时间有效的正常运行，且提供健康监控模块，能大大降低由于设备不稳定所导致的平台崩溃概率，有效为国产龙芯模块提供稳定可靠的运行平台。

Description

基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备
技术领域
本发明属于加固计算机领域，特别涉及一种基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备。
背景技术
可靠性是衡量自动化***一个重要指标，尤其是针对应用到抗恶劣环境领域的国产化计算机，可靠性指标显得尤为重要。由于现阶段国产化计算机技术工艺局限性，可靠性问题一直是国产计算机***面临的主要问题之一，故研究如何提高国产化计算机可靠性是当前国产计算机发展一个非常重要的课题。
传统的计算机时间***一般由一块计算机主模块、操作***、应用软件***构成，传统计算机主要通过提高单机软硬件的可靠性，解决***可靠性的问题。根据以往的经验,仅仅提高单机软硬件的可靠性并不能满足整个***对可靠性的要求,尤其是对自主可控的国产软硬件可靠性而言，要从单机软硬件进行提升难度相对较大。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种能提高计算机***可靠性的双冗余计算机设备。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，所述设备包括部署在国产龙芯平台上的分别记为主机、备机的主计算机设备和备计算机设备，主备同步模块、主备切换模块以及机柜管理模块；每个计算机设备均包括：BMC模块以及测控CPU模块；所述BMC模块上设有CAN、GPIO通信接口；
所述BMC模块，用于读取GPIO通信接口的槽位信息，并根据该信息识别主机、备机，且对于主机，控制对应的测控CPU模块立即上电启动并进行自检，对于备机，控制对应的测控CPU模块延时上电启动并进行自检；还用于接收CPU自检信息，在CPU自检信息为运行状态正常时，BMC模块控制测控CPU模块正常工作；
所述主备同步模块，用于实时同步主机、备机的数据、状态信息；
所述主备切换模块，用于实时监测主机、备机的心跳信号和切换命令信号，根据该信号进行主备机切换，之后将切换结果广播至其他模块，并通过BMC模块的CAN通信接口上报给机柜管理模块；
所述机柜管理模块，用于实现主机、备机之间的通信。
进一步地，所述双冗余计算机设备还包括监控模块，用于在接收到故障警告信号时，令双冗余计算机设备暂停工作，或在主或备机存在一个计算机设备正常工作时，将双冗余计算机设备的正常工作模式切换为单机工作模式；所述正常工作模式为主、备机均正常工作，单机工作模式为出现故障的主或备机不工作；
其中，所述故障警告信号由所述BMC模块在接收到CPU自检信息为运行状态异常时，通过RS232串口发送给监控模块。
进一步地，所述双冗余计算机设备还包括VGA以及以太网通信接口，其中VGA用于输出计算机设备的状态，以太网接口用于更新、升级和调试计算机设备。
进一步地，所述状态信息包括：就绪状态，表示当前计算机设备运行状态是否正常，高电平表示正常，低电平表示不正常；主用/备用状态，表示当前计算机设备作为主机或备机，主用状态为高电平，备用状态为低电平；复位对板信号，表示在另一计算机设备故障时，当前计算机设备是否要复位重启所述另一计算机设备。
进一步地，所述主备切换模块进行主备机切换的方式包括：
心跳检测机制：主机、备机互相监测对方的心跳信号，在备机就绪状态、备用状态和心跳信号正常，以及若干周期内备机未监测到主机的心跳信号，且备机向主机发送约定命令未得到响应时，备机发送主备切换请求信号至主备切换模块，由主备切换模块实现主备机切换，将当前主机的主用状态转换为备用状态，当前备机的备用状态转换为主用状态；
切换命令机制：主机发送主备切换命令至主备切换模块，由主备切换模块实现主备机切换，将当前主机的主用状态转换为备用状态，当前备机的备用状态转换为主用状态。
进一步地，所述主备切换请求信号/主备切换命令通过心跳信号发送。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)采用双冗余技术使***的可靠性得到提高；***运行时采用信号同步工作，当一个计算机出现故障时，能够及时切换另一个计算机接替工作，以保证***不间断运行；2)提供健康监控模块(BMC模块)，能大大降低由于设备不稳定所导致的平台崩溃概率，有效为国产龙芯模块提供稳定可靠的运行平台；3)两个计算机之间可互相监测对方的状态，使计算机的健康状态对于彼此变得透明，如果一旦发现问题能够及时切换，避免造成不必要的损失；4)双冗余计算机所部署的两台计算机处于热备状态，在同时运行过程中能提高整个计算机***数据处理效率，同时保证了数据容错性。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为一个实施例中国产龙芯平台双冗余计算机组成示意图。
图2为一个实施例中国产龙芯平台双冗余计算机初始化工作流程图。
图3为一个实施例中国产龙芯平台双冗余计算机工作流程图。
图4为一个实施例中装置BMC管理板原理框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，结合图1，提供了一种基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，所述设备包括部署在国产龙芯平台上的分别记为主机、备机的主计算机设备和备计算机设备，主备同步模块、主备切换模块以及机柜管理模块；每个计算机设备均包括：BMC模块以及测控CPU模块；所述BMC模块上设有CAN、GPIO通信接口；
所述BMC模块，用于读取GPIO通信接口的槽位信息，并根据该信息识别主机、备机，且对于主机，控制对应的测控CPU模块立即上电启动并进行自检，对于备机，控制对应的测控CPU模块延时上电启动并进行自检；还用于接收CPU自检信息，在CPU自检信息为运行状态正常时，BMC模块控制测控CPU模块正常工作；
这里，根据槽位信息识别主机和备机，不涉及软件，利用硬件接口信号识别，例如可以规定某一串二进制数字代表主机，某一串二进制数字代表备机，具体由用户自定义设置。
这里，自检也是根据硬件接口信号进行自检，自检规则也可由用户自定义设置。
这里，BMC模块包括电压和温度检测电路，用于检测测控CPU模块的电压、温度是否正常。优选地，温度检测电路采用MF11-10k-10％插装热敏电阻。
这里，结合图4，BMC健康管理模块采用独立DC 3.3V供电，模块内包括：I2C总线、双冗余CAN总线、4路用于识别主机和备机槽位号的输入IO接口、1路复位输出信号接口、1路串口、1路加电控制接口、3路电压和温度检测信号接口。
所述主备同步模块，用于实时同步主机、备机的数据、状态信息；
所述主备切换模块，用于实时监测主机、备机的心跳信号和切换命令信号，根据该信号进行主备机切换，之后将切换结果广播至其他模块，并通过BMC模块的CAN通信接口上报给机柜管理模块；
所述机柜管理模块，用于实现主机、备机之间的通信。
结合图2，国产龙芯计算机平台为双冗余计算机初始化工作流程：
双冗余计算机热备***的基本初始化工作流程。模块加电后，BMC模块启动，然后读取GPIO槽位信号，如果识别到该模块为主机则CPU上电启动，如果识别到该模块为备机则CPU延时上电启动。CPU初始化并自检，然后将自检的相关信息通过RS232发送给板内BMC健康管理板。若运行状态不正常，则板内BMC模块发送故障警告信息；若运行状态正常，则该模块进入正常工作状态。初始化异常情况处理见下表1：
表1***初始化异常情况处理
Figure BDA0002578707090000041
注：假设主机A为默认主机，主机B为默认备机(根据槽位信号识别)。
进一步地，在其中一个实施例中，所述双冗余计算机设备还包括监控模块，用于在接收到故障警告信号时，令双冗余计算机设备暂停工作，或在主或备机存在一个计算机设备正常工作时，将双冗余计算机设备的正常工作模式切换为单机工作模式；所述正常工作模式为主、备机均正常工作，单机工作模式为出现故障的主或备机不工作；
其中，所述故障警告信号由所述BMC模块在接收到CPU自检信息为运行状态异常时，通过RS232串口发送给监控模块。
进一步地，在其中一个实施例中，所述双冗余计算机设备还包括VGA以及以太网通信接口。其中VGA用于输出计算机设备的状态，以太网接口用于更新、升级和调试计算机设备。
进一步地，在其中一个实施例中，所述状态信息包括：就绪状态，表示当前计算机设备运行状态是否正常，高电平表示正常，低电平表示不正常；主用/备用状态，表示当前计算机设备作为主机或备机，主用状态为高电平，备用状态为低电平；复位对板信号，表示在另一计算机设备故障时，当前计算机设备是否要复位重启所述另一计算机设备。
进一步地，在其中一个实施例中，所述主备切换模块进行主备机切换的方式包括：
心跳检测机制：主机、备机互相监测对方的心跳信号，在备机就绪状态、备用状态和心跳信号正常(周期性的心跳信号)，以及若干周期内备机未监测到主机的心跳信号，且备机向主机发送约定命令未得到响应时(表示主机出现故障)，备机发送主备切换请求信号至主备切换模块，由主备切换模块实现主备机切换，将当前主机的主用状态转换为备用状态(将主用状态输出信号拉低)，当前备机的备用状态转换为主用状态(将备用状态输出信号拉高)；
切换命令机制：(在主机自检故障时，主机会主动请求进行切换)主机发送主备切换命令至主备切换模块，由主备切换模块实现主备机切换，将当前主机的主用状态转换为备用状态，当前备机的备用状态转换为主用状态。
进一步地，在其中一个实施例中，所述主备切换请求信号/主备切换命令通过GPIO发送。
这里，主备切换请求信号/主备切换命令一般由心跳信号对应字节中的某一位数据携载，例如一个字节：规定第0位为在位信号，第1位为切换请求信号。
进一步地，在其中一个实施例中，所述主机、备机之间通过RS232串口发送心跳信号。
进一步地，在其中一个实施例中，所述备机向主机发送约定命令具体通过机柜管理模块发送约定命令。
基于上述实施例，结合图3，当双冗余热备初始化完成，该***即可进入双冗余热备工作状态。该工作状态涉及两类工作情景：
情景1：主机自检故障、主动发送切换请求
主机自检过程中发现自身故障，同时检测到备机处于就绪状态，且备机心跳正常，主机通过串口向备机发送切换请求信号，并将当前主用状态信号置为低电平。备机通过串口接收到主机的状态信号和切换请求信号，当备机识别到主用状态信号被置为低电平时，为备机接管***做准备。***应用层结合最近的同步数据，对接收的***数据进行计算和处理，同时热备管理组件对主机与备机进行切换。备机状态信号置为高电平，并通过串口通知被接管的主机，此时备机对***进行接管。主机识别备机已完成主机与备机切换后，将该信息广播到其他模块，通过BMC模块的CAN接口上报到机柜管理模块，然后备机根据预设决定是否复位重启主机。
情景2：主机失控或死机，备机主动切换
当备机无法接收到主机的串口心跳信号，且备机主动发出的约定信号也无回复，则备机认为主机可能失控，需要备机主动接管***。同时***为防止误判，机柜管理模块会询问主机是否正常，如主机无应答，则***可判定主机失控。此时，备机会结合***应用层最近的同步数据，对接收的***数据进行分析处理，同时对***进行主机与备机的切换。备机将主用状态信号置为高电平，开始向外发送数据，并广播到其他模块。备机通过BMC模块的CAN接口上报到机柜管理模块，然后备机根据***预设决定是否复位重启主机。
进一步地，在其中一个实施例中，所述主备同步模块具体利用FC-AE-1553通信卡实现主机、备机数据、状态信息的同步。
进一步地，在其中一个实施例中，所述国产龙芯平台采用龙芯2K1000芯片；所述BMC模块采用HHD32F103。
本发明中所有的信号传输、判别、控制等均有硬件及硬件接口实现，不涉及软件程序。
本发明提出的国产龙芯平台的双冗余计算机设备不仅做到了自主可控，还大大提高了计算机***的容错能力和可靠性，从而扩展了国产计算机的应用场景，完全了满足国内绝大部分计算机***的应用需求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，其特征在于，所述设备包括部署在国产龙芯平台上的分别记为主机、备机的主计算机设备和备计算机设备，主备同步模块、主备切换模块以及机柜管理模块；每个计算机设备均包括：BMC模块以及测控CPU模块；所述BMC模块上设有CAN、GPIO通信接口；
所述BMC模块，用于读取GPIO通信接口的槽位信息，并根据该信息识别主机、备机，且对于主机，控制对应的测控CPU模块立即上电启动并进行自检，对于备机，控制对应的测控CPU模块延时上电启动并进行自检；还用于接收CPU自检信息，在CPU自检信息为运行状态正常时，BMC模块控制测控CPU模块正常工作；
所述主备同步模块，用于实时同步主机、备机的数据、状态信息；
所述主备切换模块，用于实时监测主机、备机的心跳信号和切换命令信号，根据该信号进行主备机切换，之后将切换结果广播至其他模块，并通过BMC模块的CAN通信接口上报给机柜管理模块；
所述机柜管理模块，用于实现主机、备机之间的通信。
2.根据权利要求1所述的基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，其特征在于，所述双冗余计算机设备还包括监控模块，用于在接收到故障警告信号时，令双冗余计算机设备暂停工作，或在主或备机存在一个计算机设备正常工作时，将双冗余计算机设备的正常工作模式切换为单机工作模式；所述正常工作模式为主、备机均正常工作，单机工作模式为出现故障的主或备机不工作；
其中，所述故障警告信号由所述BMC模块在接收到CPU自检信息为运行状态异常时，通过RS232串口发送给监控模块。
3.根据权利要求1所述的基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，其特征在于，所述双冗余计算机设备还包括VGA以及以太网通信接口，其中VGA用于输出计算机设备的状态，以太网接口用于更新、升级和调试计算机设备。
4.根据权利要求1所述的基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，其特征在于，所述状态信息包括：就绪状态，表示当前计算机设备运行状态是否正常，高电平表示正常，低电平表示不正常；主用/备用状态，表示当前计算机设备作为主机或备机，主用状态为高电平，备用状态为低电平；复位对板信号，表示在另一计算机设备故障时，当前计算机设备是否要复位重启所述另一计算机设备。
5.根据权利要求1或4所述的基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，其特征在于，所述主备切换模块进行主备机切换的方式包括：
心跳检测机制：主机、备机互相监测对方的心跳信号，在备机就绪状态、备用状态和心跳信号正常，以及若干周期内备机未监测到主机的心跳信号，且备机向主机发送约定命令未得到响应时，备机发送主备切换请求信号至主备切换模块，由主备切换模块实现主备机切换，将当前主机的主用状态转换为备用状态，当前备机的备用状态转换为主用状态；
切换命令机制：主机发送主备切换命令至主备切换模块，由主备切换模块实现主备机切换，将当前主机的主用状态转换为备用状态，当前备机的备用状态转换为主用状态。
6.根据权利要求5所述的基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，其特征在于，所述主备切换请求信号/主备切换命令通过GPIO发送。
7.根据权利要求5所述的基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，其特征在于，所述主机、备机之间通过RS232串口发送心跳信号。
8.根据权利要求5所述的基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，其特征在于，所述备机向主机发送约定命令具体通过机柜管理模块发送约定命令。
9.根据权利要求1所述的基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，其特征在于，所述主备同步模块具体利用FC-AE-1553通信卡实现主机、备机数据、状态信息的同步。
10.根据权利要求1所述的基于国产龙芯平台的双冗余计算机设备，其特征在于，所述国产龙芯平台采用龙芯2K1000芯片；所述BMC模块采用HHD32F103。
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