CN1184744C - 主备倒换控制电路及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主备倒换控制电路，分别设置于两块功能结构完全相同的单板上，该控制电路至少包括：CPU接口、并/串转换和命令处理电路、状态比较电路以及定时信号发生电路；CPU接口接收CPU***发的命令字，并转发给并/串转换和命令处理电路，并/串转换和命令处理电路接收和处理CPU***发送的命令字，同时，发送握手信号给另一单板的状态比较电路，发送主/备用字给本板的状态比较电路，状态比较电路比较握手信号与主/备用字，并根据比较结果控制定时比较电路动作，生成倒换控制信号。使用该电路可令***倒换更可靠、准确，并能保证实时倒换。本发明还公开了一种主备倒换控制的实现方法。

Description

主备倒换控制电路及实现方法

技术领域

本发明涉及一种以主备方式工作的***中的主备倒换控制电路及主备倒换实现方法。

背景技术

在通信网络以及通信设备中，***的可靠性是极为重要的。为了提高***的可靠性，***中的关键单板通常采用主备热备份的冗余技术。所谓主备热备份在硬件设计上就是指相同的两块单板同时工作，一块为主用，另一块为备用。主用的单板接口信号输入/输出在***中是开放的，即实时在线工作；而备用的单板接口信号输入/输出在***中为三态，即关闭输出。两块板的接口信号在背板上复接在一起，当主用的单板出现故障时，***应能够自动切换，保证***工作的可靠性。

目前常见的主备倒换电路如图1所示，是在两个结构功能相同的单板0和单板1上分别设计两个R-S触发电路，其输入和输出分别相互交叉连接为互锁信号。同时，在其输入端都连入一个强制倒换控制信号线CONT。当需要倒换时，一般***首先给主板下发倒换命令，通过主板强制倒换信号CONT控制，主板先倒换为备板，然后，再通过互锁信号控制备板倒换为主板，这种电路虽然能实现主备倒换，但其在设计上存在着以下的问题：

1)会产生争主用的现象。由于该设计在备板***的瞬间插针接触的次序有先后，备板电源与地线先接触上单板，使CONT信号为高电平，而此时备板的互锁信号可能还未接触到插针，则备板会因为本板的互锁信号上拉为高电平而导致备抢主，这种情况在带电操作时极易发生。

2)会出现主控程序出错不能倒换的现象。在主板的主控程序跑飞且看门狗(Watchdog)未能正常工作，或是主板与后台的通讯中断的情况下，由于此时主板无法与后台进行通讯，不能通过主机或后台进行倒换。

3)产生触发器自激。由于该设计是正反馈电路，在门电路移相、环路增益等条件达到临界时，小的扰动就可能会引发R-S触发器自激。

4)不支持联动倒换。有些主备热备份单板与和它本身有信号接口的单板存在着一一对应的关系，这样在单板主备倒换设计中必须考虑双方的联动倒换，以保证***的实时倒换性能。而传统的主备倒换设计中，很难支持联动倒换，也就无法很好地保证***实时倒换。

发明内容

本发明提供一种主备倒换控制电路及主备倒换实现方法，以提高主备倒换的可靠性和准确性，同时支持***的联动倒换，保证***倒换的实时性。

本发明的技术方案具体是：

一种主备倒换控制电路，分别设置于两块功能结构完全相同的单板上，该控制电路至少包括：

CPU接口，用于接收单板CPU发送的命令字，并转发给并/串转换和命令处理电路；

并/串转换和命令处理电路，用以处理CPU发送的命令字，及发送握手信号给对板的状态比较电路，发送主/备用状态字给本板的状态比较电路；

状态比较电路，比较对板并/串转换和命令处理电路发送的握手信号与本板并/串转换和命令处理电路发送的主/备用状态字，并根据比较结果控制定时信号发生电路动作；以及

定时信号发生电路，接收状态比较电路发来的指示信号，在未收到指示信号时生成倒换控制信号。

所述的握手信号是通过背板的信号线传输，其通信模式为同步方式，或为异步方式。

所述的命令字至少包括：主倒换备命令字、备倒换主命令字、配置命令字、使能/非使能命令字。

上述的握手信号为对板的主/备用状态字。

一种主备倒换控制的实现方法，该方法至少包括以下的步骤：

a.主用板的并/串转换和命令处理电路向备用板的状态比较电路周期性的发送握手信号；该备用板的并/串转换和命令处理电路向该主用板的状态比较电路周期性的发送握手信号；

b.主用板的状态比较电路收到来自备用板的握手信号后，与该主用板的并/串转换和命令处理电路发来的主/备用状态字进行比较，如果正常，则向该主用板的定时信号发生电路发送一指示信号，否则不发信号；

备用板的状态比较电路收到来自主用板的握手信号后，与该备用板的并/串转换和命令处理电路发来的主/备用状态字进行比较，如果正常，则向该备用板的定时信号发生电路发送一指示信号，否则不发信号；

c.当备用板的定时信号发生电路在固定周期内未收到该备用板状态比较电路发送的结果正常指示信号时，立即生成一倒换控制信号。

其中，所述周期的值由***预先设置。

本发明通过在主备板之间采用数字握手信号对主备状态进行实时监测，可靠而准确地在第一时间完成主备倒换的控制。其中，实现对主备状态的监测主要是通过比较对方单板传送的握手信号与本板的主/备用状态字，利用连续刷新的握手信号检测确定单板的主备状态信息，提高倒换的准确性和可靠性。本发明完全由硬件实现，不受软件***的限制，更简单、可靠、稳定。

附图说明

图1为传统主备倒换控制电路的结构示意图；

图2为本发明主备倒换控制电路的结构示意图；

图3为本发明主备倒换的状态转移示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的说明。

参见图2所示，图2为本发明主备板倒换控制电路的结构示意图。该电路至少包括CPU接口、并/串转换和命令处理电路，定时信号发生电路以及状态比较电路。

其基本的工作原理是这样的：

CPU***通过CPU接口提供命令字给并/串转换和命令处理电路，该命令字包括配置命令字、使能/非使能命令字、主倒备命令字、备倒主命令字等等。

并/串转换和命令处理电路根据图3的主备倒换状态图确定本板主备用状态，及接收和处理CPU接口传送的CPU***的命令字。同时，通过背板上的数据(Data)和时钟(CLK)线向对应的单板发送握手信号，传送本板的主/备用状态字；向本板的状态比较电路提供主/备用字，以供判断主备用单板状态是否正常。

状态比较电路接收对板提供的握手信号，将对板发送的数据与本板的主/备用字比较，根据设计定义，比较结果刷新定时信号发生电路，防止定时器溢出。例如，假设本板是备用板，如果对板发过来的是主用字，比较结果不相同，刷新定时器，定时信号发生电路不发生动作，主备板保持原来的状态；如果对板发过来的是备用字，比较结果相同，不刷新定时器，定时信号发生电路发生动作，发生主备倒换，根据图3的主备倒换状态图确定本板主备用状态。由于并/串转换和命令处理电路是按照一定的刷新周期不断发送握手信号给对应单板的，因此，状态比较电路形成的比较结果信号也是周期性产生，那么，定时信号发生电路可以根据CPU预先设置的门限调整灵敏度，如果在一定时间内未接收到状态比较电路所发的正常的指示信号，即产生一倒换控制信号，倒换控制信号可以根据具体设计需求用于控制CPU***或单板对外接口信号输入输出状态，从硬件控制上在第一时间内完成主备倒换。

参见图3所示，本发明主备倒换控制具体实现倒换的过程是这样的：

a.单板上电复位后，自动进入备用板状态；然后单板各自检测所在槽位号，判断本板是位于主用槽位还是备用槽位。

b.若位于备用槽位，为避免发生转主用状态时的竞争，延时后进入单板自检；若是主用槽位，则直接进行单板自检。

c.单板自检后如没有通过，上报高层告警处理流程进行处理；自检通过后再进入检测对板握手信号和槽位号状态。单板根据槽位号产生自己的主/备用字，该主/备用字与接收到的对板握手信号形成比较结果，从而正式确定单板的主备用状态。

d.当单板确认为备用状态后，进入备用状态告警循环检测。即进入备用状态检测。备用状态检测是将处于备用的单板定时进行自检，判断本板是否故障。如果该状态的检测结果一直正常则继续循环自检，处于预备状态，随时准备接替主板工作；如果不正常则进入高层告警处理流程。当接收到“备用转主用”的命令时直接转入主用状态。

e.当单板确认为主用状态后，进入主用状态循环检测。主用状态循环检测指单板处于主用状态时，时时监测本板的运行状态，如果发生故障，则进行主备倒换，本板降为备用，并进入故障处理流程。该状态还包括单板是否进入单主状态的检测，即检查备用板是否在位。如未进入单主状态，则继续循环检测；如检测到已经进入单主状态，则进行***资源备份告警状态判断。如果在主用检测状态收到“主用转备用”的命令，则主用板经过故障环节处理转入备用状态。

f.***资源备份告警状态用来判断此时***是否仅有主用板可以正常运作或不能运作。如果仍可以运作则做无告警处理，继续进行循环检测；如果不能运作则告警，转高层告警处理流程。

其中，故障环节处理所包含的故障处理可以分为四种类型：

第一类是CPU***故障。这时Watchdog会发生复位操作，转入下述第四类型。

第二类是由外设引起的故障。这时***先检测主备倒换是否可以进行，如不可行即告警，转高层告警处理流程；如可行，则主用板转为备用，备用板升至主用。

第三类是命令强制操作。CPU接收***命令后，转入第二类型处理过程。

第四类是插拔板或复位操作。由于复位相当于上述倒换流程的起始状态，发生复位的单板相当于备用板状态。

第四类型中的插拔单板按照状态区分有三种：

(1)主用板拔出：备用板通过背板握手信号检测到失去主用板，自动升为主用板，进入主用状态循环检测状态。

(2)备用板拔出：主用板不必处理，根据主用状态循环检测结果进入单主状态。

(3)备用板***：自检后进入备用状态。

上面所述的主备倒换电路和实现方法设计，可以很好地解决传统主备倒换电路稳定性、可靠性不够的问题，具体实现时可以根据存在主备关系的单板的复杂程度进行综合考虑。

可见，本发明所提供的一种主备倒换控制电路及其实现方法，具有以下的优点和特点：

1)本发明的主备倒换实现方法，是通过背板利用主备板数字握手信号进行通信，利用连续刷新的握手信号检测确定单板的状态，以提高***的可靠性。

2)本发明的主备倒换控制电路在设计上，摒弃了传统主备倒换电路中设计的R-S触发器和正反馈电路，直接采用数字握手信号，完全避免了自激隐患，提高了主备倒换控制稳定性和可靠性。

3)本发明的主备倒换控制电路对于单板***瞬间插针接触的次序先后不敏感，完全按照主备倒换状态图来操作，可避免备抢主现象发生，提高了主备倒换的可靠性。

4)本发明的主备倒换控制电路在设计中，考虑了单板在各种故障情况下的自动倒换，包括主用板无法完成通信握手等极端情况都可以避免，比如：增加故障处理状态对不同程度的故障进行处理；再比如：采用主备倒换的控制与单板的Watchdog配合使用，通过复位控制告警的故障板恢复工作，进而提高了***的可靠性。

5)本发明通过CPU***发命令字给并/串转换和命令处理电路，以及在并/串转换和命令处理电路与状态比较电路之间发送主/备用字，将单板主备状态与单板CPU进行关联设计，可以很好地支持单板主备倒换设计中的联动倒换，以保证***的实时倒换性能。

6)CPU***可通过CPU接口下发主备倒换命令，强制单板状态发生变化，可为***提供更好的灵活性。

7)本发明的方法明确了主备倒换的状态以及相应的状态转换处理，该状态转换涵盖了单板主备倒换操作的各种情形，进而提高了***的可靠性。

Claims (6)

1、一种主备倒换控制电路，分别设置于两块功能结构完全相同的单板上，其特征在于该控制电路至少包括：

CPU接口，用于接收单板CPU发送的命令字，并转发给并/串转换和命令处理电路；

并/串转换和命令处理电路，用以处理CPU发送的命令字，及发送握手信号给对板的状态比较电路，发送主/备用状态字给本板的状态比较电路；

状态比较电路，比较对板并/串转换和命令处理电路发送的握手信号与本板并/串转换和命令处理电路发送的主/备用状态字，并根据比较结果控制定时信号发生电路动作；以及

定时信号发生电路，接收状态比较电路发来的指示信号，在未收到指示信号时生成倒换控制信号。

2、根据权利要求1所述的主备倒换控制电路，其特征在于：所述的握手信号通过背板的信号线传输，其通信模式为同步方式，或为异步方式。

3、根据权利要求1所述的主备倒换控制电路，其特征在于所述的命令字至少包括：主倒换备命令字、备倒换主命令字、配置命令字、使能/非使能命令字。

4、根据权利要求1或2所述的主备倒换控制电路，其特征在于：所述的握手信号为对板的主/备用状态字。

5、一种主备倒换控制的实现方法，其特征在于该方法至少包括以下的步骤：

a.主用板的并/串转换和命令处理电路向备用板的状态比较电路周期性的发送握手信号；该备用板的并/串转换和命令处理电路向该主用板的状态比较电路周期性的发送握手信号；

b.主用板的状态比较电路收到来自备用板的握手信号后，与该主用板的并/串转换和命令处理电路发来的主/备用状态字进行比较，如果正常，则向该主用板的定时信号发生电路发送一指示信号，否则不发信号；

备用板的状态比较电路收到来自主用板的握手信号后，与该备用板的并/串转换和命令处理电路发来的主/备用状态字进行比较，如果正常，则向该备用板的定时信号发生电路发送一指示信号，否则不发信号；

c.当备用板的定时信号发生电路在固定周期内未收到该备用板状态比较电路发送的结果正常指示信号时，立即生成一倒换控制信号。

6、根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于：所述周期的值由***预先设置。