一種適用于空間應(yīng)用多機(jī)系統(tǒng)優(yōu)先鏈表決裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種適用于空間應(yīng)用多機(jī)系統(tǒng)優(yōu)先鏈表決裝置，包括若干套相同的分系統(tǒng)，分別安裝在各個(gè)計(jì)算機(jī)中，每個(gè)分系統(tǒng)包括本機(jī)Fv表決模塊和本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊，本機(jī)Fv表決模塊在同時(shí)滿足本機(jī)容錯(cuò)軟件自檢結(jié)果正確、多機(jī)通訊比較結(jié)果正確、本機(jī)硬件看門狗信號(hào)無效、本機(jī)復(fù)位信號(hào)無效、其它單機(jī)清本機(jī)Fv信號(hào)無效時(shí)輸出有效，本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊在本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv有效且本機(jī)的優(yōu)先級(jí)高于本機(jī)的單機(jī)MC狀態(tài)無效時(shí)輸出有效。本發(fā)明可方便實(shí)現(xiàn)多機(jī)系統(tǒng)之間的自主冗余容錯(cuò)，系統(tǒng)重構(gòu)，具有強(qiáng)實(shí)時(shí)性、高可靠性和長壽命的特點(diǎn)。
【專利說明】一種適用于空間應(yīng)用多機(jī)系統(tǒng)優(yōu)先鏈表決裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表決裝置，屬于電子信息【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在空間計(jì)算機(jī)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的多機(jī)系統(tǒng)優(yōu)先鏈表決裝置(以三機(jī)為例進(jìn)行說明)設(shè)計(jì)方法如下:系統(tǒng)由三個(gè)完全相同的單機(jī)(A、B、C)組成，三個(gè)單機(jī)運(yùn)行程序相同，系統(tǒng)加電后三機(jī)同時(shí)運(yùn)行，通過底層容錯(cuò)軟件自檢或三機(jī)之間交互通訊，每個(gè)單機(jī)輸出本機(jī)和其它兩機(jī)的當(dāng)班機(jī)(MC= ‘I’，設(shè)置本機(jī)為當(dāng)班機(jī)，MC= ‘0’，設(shè)置本機(jī)為非當(dāng)班機(jī))狀態(tài)標(biāo)識(shí)，完全通過硬件表決，最終輸出系統(tǒng)主從控制權(quán)，硬件設(shè)定三機(jī)之間優(yōu)先級(jí)順序?yàn)锳 > B> C。
[0003]I)系統(tǒng)上電后，各單機(jī)通過硬件端口，可讀取本機(jī)機(jī)器號(hào)(A機(jī)、B機(jī)、C機(jī))。
[0004]2)各個(gè)單機(jī)自檢，三機(jī)進(jìn)行信息交互，若三機(jī)狀態(tài)均正確，則執(zhí)行如下步驟操作:
[0005]A機(jī)容錯(cuò)軟件設(shè)置本機(jī)MC位有效(MC= ‘I’)，B機(jī)、C機(jī)MC位無效(MC= ‘0’);B機(jī)容錯(cuò)軟件設(shè)置本機(jī)和C機(jī)MC位無效(MC= ‘0’)，設(shè)置A機(jī)MC位有效(MC= ‘ I’);C機(jī)容錯(cuò)軟件設(shè)置本機(jī)、B機(jī)MC位無效(MC= ‘O’)，設(shè)置A機(jī)MC位有效(MC= ‘ I’)；
[0006]三機(jī)容錯(cuò)軟件設(shè)置的MC狀態(tài)通過底板互聯(lián)，每個(gè)單機(jī)通過如圖1所示電路進(jìn)行硬件表決，系統(tǒng)最終輸出A機(jī)為主機(jī)，B機(jī)、C機(jī)為從機(jī)。
[0007]3)各單機(jī)在容錯(cuò)管理軟件的支持下進(jìn)行自檢，信息交互，若發(fā)現(xiàn)某個(gè)單機(jī)異常，則執(zhí)行如下步驟操作:
[0008]首先異常單機(jī)容錯(cuò)管理軟件設(shè)置本機(jī)MC位無效，設(shè)置其它兩機(jī)中高優(yōu)先級(jí)單機(jī)MC位有效，低優(yōu)先級(jí)單機(jī)MC位無效；其它兩個(gè)正常單機(jī)容錯(cuò)管理軟件均設(shè)置異常單機(jī)MC位無效，設(shè)置正常高優(yōu)先級(jí)單機(jī)MC位有效，低優(yōu)先級(jí)單機(jī)MC位無效，通過如圖1所示電路進(jìn)行硬件表決，最終輸出次高優(yōu)先級(jí)單機(jī)為主機(jī)(MC有效)，剔除故障單機(jī)。
[0009]該表決方法的優(yōu)點(diǎn)為可靠性高、可避免硬件單點(diǎn)故障。缺點(diǎn)為只適應(yīng)三機(jī)熱備系統(tǒng)，不支持冷備份，只支持單裕度故障，硬件設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，主從權(quán)切換相對(duì)復(fù)雜，需多機(jī)共同參與，同時(shí)三機(jī)主從控制權(quán)硬件不具有互斥性，不適用于長壽命系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種空間多機(jī)系統(tǒng)優(yōu)先鏈表決裝置，滿足空間多機(jī)系統(tǒng)對(duì)高可靠性、強(qiáng)實(shí)時(shí)性、冷熱備份及長壽命的需求，方便系統(tǒng)降級(jí)和重構(gòu)。
[0011]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括若干套相同的分系統(tǒng)，分別安裝在各個(gè)計(jì)算機(jī)中，每個(gè)分系統(tǒng)包括本機(jī)Fv表決模塊和本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊；
[0012]所述的本機(jī)Fv表決模塊輸入本機(jī)容錯(cuò)軟件自檢結(jié)果、多機(jī)通訊比較結(jié)果、本機(jī)硬件看門狗信號(hào)、本機(jī)復(fù)位信號(hào)和其它單機(jī)的清本機(jī)Fv信號(hào)，當(dāng)同時(shí)滿足本機(jī)容錯(cuò)軟件自檢結(jié)果正確、多機(jī)通訊比較結(jié)果正確、本機(jī)硬件看門狗信號(hào)無效、本機(jī)復(fù)位信號(hào)無效、其它單機(jī)清本機(jī)Fv信號(hào)無效時(shí)，本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv輸出有效，否則本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv輸出無效；[0013]所述的本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊輸入其它單機(jī)輸入至本機(jī)的MC狀態(tài)信號(hào)、本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv和本機(jī)的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv有效且本機(jī)的優(yōu)先級(jí)高于本機(jī)的單機(jī)MC狀態(tài)無效時(shí)，本機(jī)的主從控制狀態(tài)MC有效，否則本機(jī)主從控制狀態(tài)MC無效。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明針對(duì)空間應(yīng)用的多機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可方便實(shí)現(xiàn)多機(jī)系統(tǒng)之間的自主冗余容錯(cuò)，系統(tǒng)重構(gòu)，具有強(qiáng)實(shí)時(shí)性、高可靠性和長壽命的特點(diǎn)。具體而言，可以解決如下問題:
[0015]I)提高可靠性
[0016]系統(tǒng)每個(gè)單機(jī)運(yùn)行相同程序，多機(jī)在底層容錯(cuò)軟件的管理下，通過對(duì)外部輸入信號(hào)和多機(jī)運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行表決比對(duì)，在多機(jī)系統(tǒng)中確定某個(gè)單機(jī)為當(dāng)班機(jī)，由當(dāng)班機(jī)控制對(duì)外輸出，提高系統(tǒng)可靠性。
[0017]2)避免多機(jī)系統(tǒng)中總線控制權(quán)無序競爭
[0018]通過多機(jī)系統(tǒng)優(yōu)先鏈表決裝置中的硬件優(yōu)先鏈表決電路及總線控制權(quán)互鎖邏輯功能，用硬件邏輯保證任意時(shí)刻只有一機(jī)為當(dāng)班機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)工作于三機(jī)熱備或兩熱一冷狀態(tài)時(shí)，從根本上避免出現(xiàn)多機(jī)系統(tǒng)中各單機(jī)對(duì)總線控制權(quán)的無序競爭。
[0019]3)實(shí)時(shí)性
[0020]通過多機(jī)系統(tǒng)優(yōu)先鏈表決裝置，當(dāng)主機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可通過故障單機(jī)自身容錯(cuò)軟件、硬件看門狗狗咬信號(hào)及其它正常單機(jī)清本機(jī)MC信號(hào)等多種手段，清除故障機(jī)的MC狀態(tài)，使故障單機(jī)迅速退出優(yōu)先鏈，交出系統(tǒng)當(dāng)班機(jī)控制權(quán)，硬件邏輯自動(dòng)確定次優(yōu)先級(jí)正常單機(jī)為當(dāng)班機(jī)，保證系統(tǒng)的強(qiáng)實(shí)時(shí)性。
[0021]4)支持多模故障
[0022]系統(tǒng)支持多模故障，以三機(jī)系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果某個(gè)單機(jī)故障，系統(tǒng)由三機(jī)系統(tǒng)(TMR)降級(jí)為雙機(jī)系統(tǒng)(DMR)，如果繼續(xù)出現(xiàn)一機(jī)故障，系統(tǒng)可降級(jí)為單機(jī)系統(tǒng)(SMR)運(yùn)行。
[0023]5)支持系統(tǒng)重構(gòu)
[0024]通過多機(jī)優(yōu)先鏈表決裝置，如果某個(gè)單機(jī)故障，可以通過故障單機(jī)自身容錯(cuò)軟件、故障單機(jī)硬件看門狗狗咬或其它單機(jī)作用，清除故障單機(jī)MC狀態(tài)，使故障單機(jī)退出優(yōu)先鏈，系統(tǒng)降級(jí)。運(yùn)行過程中，如果某個(gè)單機(jī)故障發(fā)生后恢復(fù)正常，可重新加入優(yōu)先鏈，參與優(yōu)先鏈表決，系統(tǒng)重構(gòu)，為防止故障機(jī)爭搶總線控制權(quán)，故障恢復(fù)后的單機(jī)設(shè)置自身Fv狀態(tài)無效(Fv= ‘O’)。
[0025]本發(fā)明在空間實(shí)驗(yàn)室、空間站、長壽命衛(wèi)星、深空探測等空間飛行器領(lǐng)域具有重要推廣應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是目ill二機(jī)表決/優(yōu)先鏈邏輯圖；
[0027]圖2是多機(jī)優(yōu)先鏈表決裝置框圖；
[0028]圖3是本機(jī)Fv狀態(tài)遷移圖；
[0029]圖4是三機(jī)優(yōu)先鏈表決裝置邏輯電路示意圖；
[0030]圖5是三機(jī)主從控制圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。
[0032]多機(jī)優(yōu)先鏈表決裝置邏輯框圖如圖2所示。
[0033]多機(jī)優(yōu)先鏈表決裝置包括若干套相同的分系統(tǒng)，分別安裝在各個(gè)計(jì)算機(jī)中，每個(gè)分系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊，分別為本機(jī)Fv表決模塊、本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊。
[0034]本機(jī)Fv表決模塊輸入信號(hào):
[0035]I)本機(jī)容錯(cuò)軟件自檢結(jié)果、多機(jī)通訊比較結(jié)果；
[0036]2)本機(jī)硬件看門狗信號(hào)(WDT#)；
[0037]3 )本機(jī)復(fù)位信號(hào)(RESET# )；
[0038]4)其它單機(jī)清本機(jī)Fv信號(hào)(CLR_FV#)。
[0039]本機(jī)Fv表決模塊輸出信號(hào):
[0040]本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv狀態(tài)。
[0041]只有本機(jī)容錯(cuò)軟件自檢結(jié)果正確、多機(jī)通訊比較結(jié)果正確、本機(jī)硬件看門狗信號(hào)(WDT#)無效、本機(jī)復(fù)位信號(hào)(RESET#)無效、其它單機(jī)清本機(jī)Fv信號(hào)(CLR_FV#)無效，上述條件同時(shí)滿足，本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv輸出有效(Fv= ‘I’)，否則本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv輸出無效(Fv= ‘O，)。
[0042]本機(jī)Fv狀態(tài)遷移如圖3所示。
[0043]本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊:
[0044]本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊輸入信號(hào):
[0045]I)其它單機(jī)輸入至本機(jī)的MC狀態(tài)信號(hào)；
[0046]2)本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv;
[0047]3)本機(jī)的優(yōu)先級(jí)。
[0048]本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊輸出信號(hào):
[0049]本機(jī)主從控制狀態(tài)MC。
[0050]本機(jī)主從控制狀態(tài)MC由其它單機(jī)輸入至本機(jī)的MC狀態(tài)信號(hào)、本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv及本機(jī)的機(jī)器號(hào)共同決定。只有本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv有效(Fv= ‘I’)且優(yōu)先級(jí)高于本機(jī)的單機(jī)MC狀態(tài)無效(MC= ‘0’)的情況下，本機(jī)的主從控制狀態(tài)MC有效(MC= ‘I’)，否則本機(jī)主從控制狀態(tài)MC無效(MC= ‘O’)。
[0051]以三機(jī)系統(tǒng)為例，三機(jī)優(yōu)先鏈表決裝置由兩個(gè)模塊組成，分別為本機(jī)Fv表決模塊、及本機(jī)MC控制模塊，電路如圖4所示。
[0052]備注:1、對(duì)A機(jī)，MC1、MC2輸入通過底板接地；
[0053]2、對(duì)B機(jī)，MCl輸入通過底板由A機(jī)MC狀態(tài)輸出，MC2輸入通過底板接地；
[0054]3、對(duì)C機(jī)，MCl輸入通過底板由A機(jī)MC狀態(tài)輸出，MC2輸入通過底板由B機(jī)MC狀
態(tài)輸出。
[0055]I)本機(jī)Fv表決模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如下:
[0056]單機(jī)容錯(cuò)管理軟件根據(jù)本機(jī)自檢結(jié)果和與其它單機(jī)相互通訊的比較結(jié)果，如果均正常，通過對(duì)CS#端口寫“0X05”，設(shè)置本機(jī)運(yùn)行狀態(tài)Fv正常(Fv= ‘I’)，如果本機(jī)自檢結(jié)果或與其它單機(jī)相互通訊的比較結(jié)果任一結(jié)果異常，容錯(cuò)軟件通過對(duì)CS#端口寫”0X00”，設(shè)置本機(jī)運(yùn)行狀態(tài)Fv異常(Fv= ‘0’)。
[0057]為防止全‘0’全‘I’錯(cuò)誤，SO、S2狀態(tài)用鎖存器Q端輸出，SI狀態(tài)用鎖存器Q/輸出。
[0058]本機(jī)復(fù)位信號(hào)(RESET#)和其它單機(jī)清除本機(jī)Fv信號(hào)(NCLRFV)通過與門D8(SNJ54HC08F3A)清除本機(jī)Fv表決模塊的S0、S1信號(hào)，進(jìn)而清除本機(jī)Fv狀態(tài)。增加本機(jī)復(fù)位信號(hào)(RESET#)清除本機(jī)Fv狀態(tài)，是保證復(fù)位后三機(jī)Fv狀態(tài)無效，避免無序競爭。增加其它單機(jī)清除本機(jī)Fv狀態(tài)信號(hào)NCLRFV，是為了防止本機(jī)軟件運(yùn)行異常，本機(jī)不能自主清除自身的Fv狀態(tài)，進(jìn)而影響系統(tǒng)重構(gòu)。
[0059]本機(jī)硬件看門狗狗咬信號(hào)(WDT#)用來清除本機(jī)Fv狀態(tài)的S2信號(hào)，進(jìn)而清除本機(jī)Fv狀態(tài)。增加硬件看門狗狗咬信號(hào)(WDT#)清除本機(jī)Fv狀態(tài)，是為了防止在空間輻射環(huán)境中，單粒子翻轉(zhuǎn)造成軟件走飛。單機(jī)容錯(cuò)管理軟件不能清除自身的Fv狀態(tài)，進(jìn)而影響系統(tǒng)重構(gòu)。
[0060]任何一種措施，均可使故障機(jī)退出優(yōu)先鏈表決邏輯，方便系統(tǒng)重構(gòu)。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，本機(jī)容錯(cuò)管理軟件可根據(jù)本機(jī)運(yùn)行情況，隨時(shí)通過端口寫操作設(shè)置或清除本機(jī)Fv狀態(tài)，支持系統(tǒng)重構(gòu)。
[0061 ] 2 )本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊
[0062]本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如下:
[0063]其它單機(jī)輸入各自MC狀態(tài)(MC1、MC2)至本機(jī)，輸入信號(hào)MC1、MC2通過IOkQ電阻(R10、R12)電阻下拉，串接IOkQ電阻(R11、R13)輸入至D36 (SNJ54HC14F3A)，反相器輸出信號(hào)連同本機(jī)Fv信號(hào)輸入至三輸入與門D9 (SNJ54HC11F3A)，最終輸出本機(jī)的MC狀態(tài)。
[0064]三機(jī)之間MC狀態(tài)互斥，保證任何情況下只有一機(jī)MC狀態(tài)有效。
[0065]通過底板設(shè)計(jì)不同，保證三機(jī)之間具有固定的優(yōu)先級(jí)(A>B>C),具體設(shè)計(jì)如下:
[0066]a.A機(jī)輸入MC1、MC2直接通過底板接地，保證其優(yōu)先級(jí)最高，即只要本機(jī)Fv狀態(tài)有效(Fv= ‘ I’)，本機(jī)主從控制狀態(tài)MC有效(MC= ‘I’)；
[0067]b.B機(jī)輸入MCl通過底板連接至A機(jī)MC狀態(tài)輸出，MC2直接通過底板接地，保證B機(jī)優(yōu)先級(jí)次高，即只有在A機(jī)主從控制狀態(tài)MC無效(MC= ‘0’ )且本機(jī)運(yùn)行狀態(tài)Fv正常(Fv= ‘I’)下，本機(jī)主從控制狀態(tài)MC有效(MC= ‘1’)，否則無效；
[0068]c.C機(jī)輸入MCl通過底板連接至A機(jī)MC狀態(tài)輸出，MC2直接通過底板連接至B機(jī)MC狀態(tài)輸出，保證C機(jī)優(yōu)先級(jí)最低，即只有在A、B機(jī)主從控制狀態(tài)均MC無效(MC= ‘0’)且本機(jī)運(yùn)行狀態(tài)Fv正常(Fv= ‘I’)下，本機(jī)主從控制狀態(tài)MC有效(MC= ‘1’)，否則無效。
[0069]通過上述設(shè)計(jì)，既保證三機(jī)之間固有的優(yōu)先級(jí)(A>B>C)，又保證三機(jī)MC狀態(tài)互斥，保證任何情況下只有一機(jī)主從控制狀態(tài)MC有效，從硬件設(shè)計(jì)上避免系統(tǒng)的無序競爭。
[0070]三機(jī)優(yōu)先鏈表決裝置具體電路實(shí)現(xiàn)如圖4所示,三機(jī)主從控制狀態(tài)如圖5所示。
[0071]每個(gè)單機(jī)Fv表決模塊產(chǎn)生本機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)Fv，三機(jī)表決后產(chǎn)生每個(gè)單機(jī)主從控制狀態(tài)MC，三機(jī)主從表決邏輯具體如下表I所示(MC為I時(shí)該機(jī)為主機(jī)，MC為O時(shí)該機(jī)為從機(jī))。
[0072]表I三機(jī)主從邏輯選擇
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種適用于空間應(yīng)用多機(jī)系統(tǒng)優(yōu)先鏈表決裝置，其特征在于:包括若干套相同的分系統(tǒng)，分別安裝在各個(gè)計(jì)算機(jī)中，每個(gè)分系統(tǒng)包括本機(jī)Fv表決模塊和本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊，所述的本機(jī)Fv表決模塊輸入本機(jī)容錯(cuò)軟件自檢結(jié)果、多機(jī)通訊比較結(jié)果、本機(jī)硬件看門狗信號(hào)、本機(jī)復(fù)位信號(hào)和其它單機(jī)的清本機(jī)Fv信號(hào)，當(dāng)同時(shí)滿足本機(jī)容錯(cuò)軟件自檢結(jié)果正確、多機(jī)通訊比較結(jié)果正確、本機(jī)硬件看門狗信號(hào)無效、本機(jī)復(fù)位信號(hào)無效、其它單機(jī)清本機(jī)Fv信號(hào)無效時(shí)，本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv輸出有效，否則本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv輸出無效；所述的本機(jī)MC狀態(tài)控制模塊輸入其它單機(jī)輸入至本機(jī)的MC狀態(tài)信號(hào)、本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv和本機(jī)的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)本機(jī)運(yùn)行結(jié)果Fv有效且本機(jī)的優(yōu)先級(jí)高于本機(jī)的單機(jī)MC狀態(tài)無效時(shí)，本機(jī)的主從控制狀態(tài)MC有效，否則本機(jī)主從控制狀態(tài)MC無效。
【文檔編號(hào)】G06F11/00GK103631668SQ201310541334
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】曲翕, 吳銘, 麻建文, 張婧媛, 冶曉利, 郭芳 申請(qǐng)人:中國航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所