CN203733107U - 一种双机热备***中快速主备切换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种双机热备***中快速主备切换装置，包括硬件互斥电路、过滤电路，以及位于第一核心设备上的第一切换单元和第一看门狗模块，位于第二核心设备上的第二切换单元和第二看门狗模块，解决了现有主备切换***中软件死机不能及时发现的问题，主备切换过程中的对外“双主”呈现问题，以及主备协商过程中的对外“双备”呈现问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信***热备份技术领域，特别是指一种双机热备***中快速主备切换装置。
背景技术
在电子设备中，特别是在高端核心设备，对于核心设备，都会用到双机热备方案，提供1+1冗余保护。双机热备特指基于active（主）/standby（备）方式的热备。而两个模块之间的选择和切换就需要提供一种可靠的仲裁机制和切换流程，否则容易出现主用模块软件死机不能及时发现和进行主备切换的问题，主备切换过程中的对外“双主”呈现问题，以及主备协商过程中的对外“双备”呈现问题。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出一种快速主备切换装置，所述装置包括硬件互斥电路、过滤电路，以及位于第一核心设备上的第一切换单元和第一看门狗模块，位于第二核心设备上的第二切换单元和第二看门狗模块，其中，第一切换单元和第二切换单元用于协商第一核心设备和第二核心设备的主备状态，其输出端分别与硬件互斥电路的第一输入端和第二输入端连接，分别向硬件互斥电路输出第一核心设备和第二核心设备的主备状态信号；硬件互斥电路的第一输出端和第二输出端，分别与过滤电路的第一输入端和第二输入端连接，用于在第一核心设备输出的状态和第二核心设备输出的状态信号均变为主状态信号时，保持硬件互斥电路的原输出状态不变；过滤电路用于在硬件互斥电路的第一输出端和第二输出端的输出信号均变为备用状态信号时，保持过滤电路的原输出状态信号不变；第一看门狗模块的输出端分别连接硬件互斥电路的第三输入端和第一切换单元；第二看门狗模块的输出端分别连接硬件互斥电路的第四输入端和第二切换单元；第一看门狗模块内部具有第一硬件计数器，在第一硬件计数器计数溢出时分别向硬件互斥电路的第三输入端和第一切换单元发送复位信号；第二看门狗模块内部具有第二硬件计数器，在第二硬件计数器计数溢出时分别向硬件互斥电路的第四输入端和第二切换单元发送复位信号。
进一步地，第一切换单元和第二切换单元间有信号线。
进一步地，第一切换单元还用于在收到复位信号后，首先重启第一核心设备，并置输出信号为备用状态信号，然后再启动与第二切换单元协商第一核心设备和第二核心设备的主备状态的过程；第二切换单元还用于在收到复位信号后，首先重启第二核心设备，并置输出信号为备用状态信号，然后再启动与第一切换单元协商第一核心设备和第二核心设备的主备状态的过程。
本实用新型的有益效果主要在于以下几个方面：
1，利用初始默认状态：硬件上把主模块和备模块的初始状态设置为备。正常工作时一旦发生异常死机，可以通过看门狗复位等手段自动进入默认状态。从而避免死在主状态，无法释放总线控制权，导致***瘫痪。
2，主备监测中引入看门狗复位：引入看门狗作为本模块监测自身是否正常的手段；一旦软件发现异常死机，或程序运行出现故障，看门狗发生作用，产生复位，则模块进入初始默认状态。可以从故障中恢复出来，避免死在主状态，导致瘫痪。
3，主备状态协商机制和硬件互斥电路，避免对外输出双主状态：正常情况下，不会出现两个核心设备同时为主模块的状态。互斥电路的意义在于通过命令强制将备用模块转为主用模块，但原主用模块未完成“退主”情况下，出现的短时间“双主”情况。互斥电路通过其保持功能，送给后面过滤电路的输入不发生变化，因此整个***对外输出Act1out、Act2out不会变化，直到原主用状态模块退出主状态。
4，平滑切换：利用过滤电路的保持特性，使得在主备状态协商握手过程中，出现Act1tmp和Act2tmp都变为备用状态指示时，整个***对外输出Act1out、Act2out不会变化，从而避免了对外输出“双备”状态。
附图说明
图1是本实用新型提出的快速主备切换装置的模块结构示例图。
图2是本实用新型提出的主备切换装置的电路模块示例图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
图1是本实用新型提出的快速主备切换装置的模块结构示例图。所述装置包括硬件互斥电路、过滤电路，以及位于第一核心设备上的第一切换单元和第一看门狗模块，位于第二核心设备上的第二切换单元和第二看门狗模块，其中，第一切换单元和第二切换单元用于协商第一核心设备和第二核心设备的主备状态，其输出端分别与硬件互斥电路的第一输入端和第二输入端连接，分别向硬件互斥电路输出第一核心设备和第二核心设备的主备状态信号；硬件互斥电路的第一输出端和第二输出端，分别与过滤电路的第一输入端和第二输入端连接，用于在第一核心设备输出的状态和第二核心设备输出的状态信号均变为主状态信号时，保持硬件互斥电路的原输出状态不变；过滤电路用于在硬件互斥电路的第一输出端和第二输出端的输出信号均变为备用状态信号时，保持过滤电路的原输出状态信号不变；第一看门狗模块的输出端分别连接硬件互斥电路的第三输入端和第一切换单元；第二看门狗模块的输出端分别连接硬件互斥电路的第四输入端和第二切换单元；第一看门狗模块内部具有第一硬件计数器，在第一硬件计数器计数溢出时分别向硬件互斥电路的第三输入端和第一切换单元发送复位信号；第二看门狗模块内部具有第二硬件计数器，在第二硬件计数器计数溢出时分别向硬件互斥电路的第四输入端和第二切换单元发送复位信号；第一切换单元还用于在收到复位信号后，首先重启第一核心设备，并置输出信号为备用状态信号，然后再启动与第二切换单元协商第一核心设备和第二核心设备的主备状态的过程；第二切换单元还用于在收到复位信号后，首先重启第二核心设备，并置输出信号为备用状态信号，然后再启动与第一切换单元协商第一核心设备和第二核心设备的主备状态的过程。
主备切换方法包括：处于主用状态的第一核心设备发生软件故障，致使第一硬件计数器计数溢出，第一硬件计数器向硬件互斥电路的第三输入端和第一切换单元发送复位信号；第一切换单元收到复位信号后，首先重启第一核心设备，并置输出信号为备用状态信号，然后再启动与第二切换单元协商第一核心设备和第二核心设备的主备状态的过程；处于备用状态的第二核心设备的第二切换单元检测到第一核心设备变为备用状态，立即启动与第一切换单元协商第一核心设备和第二核心设备的主备状态的过程；硬件互斥电路的第三输入端在第一硬件计数器发送的复位信号的作用下，将其第一输出端输出的信号由主用信号变为备用信号；过滤电路在硬件互斥电路的第一输出端和第二输出端的输出信号均变为备用状态信号时，保持输出第一核心设备为主用模块、第二核心设备为备用模块的输出信号状态。
主备切换方法还包括：处于备用状态的第二核心设备接到切换为主用状态的命令后，第二切换单元将输出状态信号变为主用状态信号；硬件互斥电路检测到其第一输入端和第二输入端都变为主用状态信号，保持输出第一核心设备为主用模块、第二核心设备为备用模块的输出信号状态不变；第一切换单元检测到第二核心设备变为主用状态的信号，立即将自身状态变为备用状态，并输出备用状态信号；硬件互斥电路检测到其第一输入端变为备用状态信号，第二输入端变为主用状态信号，则硬件互斥电路在其第一输出端输出备用状态信号，在第二输出端输出主用状态信号；过滤电路检测到其第一输入端变为备用状态信号，第二输入端变为主用状态信号，则过滤电路在其第一输出端输出备用状态信号，在第二输出端输出主用状态信号。
优选地，在第一核心设备无故障时，所述第一硬件计数器由第一核心设备周期性发送的清零信号清零；当第一核心设备发生故障时，第一硬件计数器会因收不到清零信号而计数溢出；在第二核心设备无故障时，所述第二硬件计数器由第二核心设备周期性发送的清零信号清零；当第二核心设备发生故障时，第二硬件计数器会因收不到清零信号而计数溢出。
优选地，第一切换单元和第二切换单元输出的主备状态信号还通过信号线互相发送给对方;处于备用状态的核心设备的切换单元，检测到对端变为备用状态时，立刻启动第一切换单元和第二切换单元协商第一核心设备和第二核心设备的主备状态的过程。
优选地，第一切换单元和第二切换单元协商第一核心设备和第二核心设备的主备状态的过程启动时，所述过滤电路的第一输入端和第二输入端输入的信号均变为备用状态信号。
优选地，当第一核心设备和第二核心设备都处于备用状态时，第一切换单元和第二切换单元，根据预设的第一核心设备的主备选择优先级和预设的第二核心设备的主备选择优先级，将第一核心设备切换为主用状态或将第二核心设备切换为主用状态。
优选地，第一核心设备和第二核心设备上电初始化后，均自动置于备用状态。
优选地，主备选择优先级高的核心设备，在协商后被切换到主用状态，主备选择优先级低的核心设备，在协商后保持在备用状态。
优选地，第一切换单元和第二切换单元输出的主备状态信号还通过信号线互相发送给对方;处于主用状态的核心设备的切换单元，检测到对端变为主用状态时，立刻将自身置为备用状态并输出备用状态信号。
图2为本实用新型提出的主备切换装置的电路模块示例图，所述装置包括切换单元，看门狗，硬件互斥电路，过滤电路。在物理上切换单元和看门狗分别位于核心设备1与核心设备2上，所述装置的主要功能是完成核心设备1与核心设备2的主备状态仲裁和完成主备快速平滑切换，把主备切换的结果送给后端网络使用。并且提供一种监测机制，使得主模块可以从故障中恢复出来，不至于发生***瘫痪。
预先约定：Act1e，Act2e——“1”表示主用状态，“0”表示备用状态。Act1out，Act2out——“1”表示主用状态，“0”表示备用状态。Act1tmp，Act2tmp——“0”表示主用状态，“1”表示备用状态。
看门狗：由外部硬件狗芯片实现，核心设备1和模块2都有各自的看门狗，实时监测本核心设备的软件运行状态。如果本模块软件故障，则使本核心设备复位为初始状态。看门狗具有硬件计数器，硬件自动计数，通过所在核心设备送出的清零信号清零，一旦软件发现异常死机，或程序运行出现故障，在规定时间内不能清零计数器，则计数器溢出，即看门狗发生作用，送出一个硬件复位信号，使所在核心设备复位，并将主备状态设置为备状态。看门狗的复位信号送给本核心设备的切换单元和硬件互斥电路，迫使所述核心设备重启，并置所述核心设备的切换单元的输出信号为备用状态信号，同时使硬件互斥电路强制输出“1”——备用状态。
例如运行过程中，如果当前为主用状态的核心设备软件发生故障，已经死机，无法执行倒换命令，无法退出主状态。则看门狗会超时溢出，看门狗会送出硬复位信号。复位信号使得核心设备得以重新启动，并将该核心设备的切换单元的输出强制复位成备用状态信号，然后启动与对端切换单元的协商。对端备用模块检测到此状况后，与本端模块展开协商，并最终确定出各自的主备状态。
切换单元：切换单元送出主备状态Act1e和Act2e，送给互斥电路，Act1e，Act2e同时作为握手信号送给对方的切换单元，两个切换单元通过这两对信号互送消息，告知各自当前状态。第一切换单元和第二件协商模块通过对对端核心设备当前的主备状态的检测、本端核心设备主备状态的检测和互相协商，完成核心设备主备状态的选择和切换，并把软件协商的结果送给后面的互斥电路进一步处理。
软件协商是整个切换装置的核心控制模块。在整个***上电初始化后，将核心设备1和核心设备2的主备状态均设置为备状态，然后启动协商机制确定哪一个核心设备为主模块。切换单元也可以接收外部切换命令完成各个核心设备的主备状态协商与切换。
硬件互斥电路：由G1，G2，G3，G4四个门电路交叉连接而成。接收各个切换单元输出的所在核心设备的期望主备状态Actxe（其中x=1或2），经过硬件互斥电路驱动之后输出Actxtmp（其中x=1或2）。
Act1e与Act2e有四种组合，分别描述如下：
状态一，Act1e=1、Act2e=0硬件互斥电路输出Act1tmp=0、Act2tmp=1；
状态二，Act1e=0、Act2e=1硬件互斥电路输出Act1tmp=1、Act2tmp=0；
状态三，Act1e=1、Act2e=1硬件互斥电路输出Act1tmp、Act2tmp保持原来状态不变；
软件正常运行情况下，切换单元不会出现“双主”。互斥电路的意义在于通过命令强制将备用模块转为主用模块，但原主用模块未完成“退主”情况下，出现的短时间“双主”情况。互斥电路通过其保持功能，送给后面过滤电路的输入不发生变化，因此整个***对外输出Act1out、Act2out不会变化。直到原主用状态模块退出主状态。
状态四，Act1e=0、Act2e=0硬件互斥电路输出Act1tmp=1、Act2tmp=1；
该状态使后面的过滤电路进入保持状态，整个***输出Act1out、Act2out不会发生变化。
过滤电路：例如由RS触发器构成，接收硬件互斥电路送出的结果Actxtmp，驱动之后输出实际选择结果。从前面的硬件互斥电路分析可知Act1tmp，Act2tmp只有三种状态。
状态一，Act1tmp=0、Act2tmp=1过滤电路输出Act1out=1、Act2out=0；
状态二，Act1tmp=1、Act2tmp=0过滤电路输出Act1out=0、Act2out=1；
状态三，Act1tmp=1、Act2tmp=1过滤电路输出Act1out、Act2out保持原来状态不变；
过滤电路的意义在于Act1e=0、Act2e=0即出现“双备”的情况下，硬件互斥电路与过滤电路共同作用，过滤电路进入保持状态，整个***输出Act1out、Act2out不会发生变化。
以上是对本实用新型具体实施例的说明，在具体的实施过程中可对本实用新型进行适当的改进，以适应具体情况的具体需要。因此可以理解，根据本实用新型的具体实施方式只是起示范作用，并不用以限制本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种主备切换装置，其特征在于：所述装置包括硬件互斥电路、过滤电路，以及位于第一核心设备上的第一切换单元和第一看门狗模块，位于第二核心设备上的第二切换单元和第二看门狗模块，其中，
第一切换单元和第二切换单元用于协商第一核心设备和第二核心设备的主备状态，其输出端分别与硬件互斥电路的第一输入端和第二输入端连接，分别向硬件互斥电路输出第一核心设备和第二核心设备的主备状态信号；
硬件互斥电路的第一输出端和第二输出端，分别与过滤电路的第一输入端和第二输入端连接，用于在第一核心设备输出的状态和第二核心设备输出的状态信号均变为主状态信号时，保持硬件互斥电路的原输出状态不变；
过滤电路用于在硬件互斥电路的第一输出端和第二输出端的输出信号均变为备用状态信号时，保持过滤电路的原输出状态信号不变；
第一看门狗模块的输出端分别连接硬件互斥电路的第三输入端和第一切换单元；第二看门狗模块的输出端分别连接硬件互斥电路的第四输入端和第二切换单元；
第一看门狗模块内部具有第一硬件计数器，在第一硬件计数器计数溢出时分别向硬件互斥电路的第三输入端和第一切换单元发送复位信号；
第二看门狗模块内部具有第二硬件计数器，在第二硬件计数器计数溢出时分别向硬件互斥电路的第四输入端和第二切换单元发送复位信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：第一切换单元和第二切换单元间有信号线。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：过滤电路采用RS触发器电路。
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| CN201420057066.XU CN203733107U (zh) | 2014-01-29 | 2014-01-29 | 一种双机热备***中快速主备切换装置 |
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| CN104714406A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-06-17 | 重庆川仪自动化股份有限公司 | 输入输出模块冗余切换方法 |
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| CN114114998A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-03-01 | 河北汉光重工有限责任公司 | 一种冗余控制***及方法 |
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2014
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