專利名稱：一種電源監(jiān)控裝置及單板熱備份的實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及通信設(shè)備中的電源監(jiān)控裝置以及其 中的單板熱備份的實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著科4支的進(jìn)步，越來越多的工業(yè)控制、醫(yī)療、通訊、消費等電子產(chǎn)品 日趨智能化，以微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)得到日益廣泛的應(yīng)用。尤其是 在工業(yè)和軍事領(lǐng)域，在惡劣的環(huán)境、無人值守的野外，智能化的嵌入式系統(tǒng) 完全替代了人工。然而，在這些領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)需要非?？煽康倪\行。通
常，使用的設(shè)備會是一天24小時， 一年365天永不停機的運作，而在此運 作期間不能有設(shè)備損壞的情形發(fā)生，所以它所需要的高穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通 商業(yè)應(yīng)用所需要的一般穩(wěn)定性。設(shè)備故障或停機在工業(yè)和軍事領(lǐng)域中是無法 接受的。
對于通信電源來說，由于擔(dān)負(fù)著整個電信網(wǎng)絡(luò)的不間斷供電任務(wù)，因此， 用戶對于它的可靠運行也要求非常高。增加柴油發(fā)電機、備份更大的蓄電池、 配置更多的整流器，都是保障電源可靠運行的措施。然而，目前的通信電源 系統(tǒng)中，對于監(jiān)視和控制整個電源系統(tǒng)的智能化的監(jiān)控單元，卻缺乏很好的 可靠性保障措施；通信電源廠商， 一般在監(jiān)控單元中，通過選用更好性能的 芯片、增加硬件防護等措施，但提升的可靠性還是很有限。對于很多無人值 守的通信基站、高端客戶以及軍事客戶，同樣要求監(jiān)控單元必須一天24小 時， 一年365天永不停機的高穩(wěn)定運作。
因而，對于負(fù)責(zé)對通信電源進(jìn)行監(jiān)控的監(jiān)控單元裝置，如何保證監(jiān)控單 元中單板可靠性，克服可靠性不足的缺點，解決現(xiàn)有監(jiān)控單元無法實現(xiàn)永不 停機的高穩(wěn)定運作的問題，滿足無人值守、高端/軍事用戶高可靠技術(shù)要求， 成為需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種電源監(jiān)控裝置及單板熱備份 的實現(xiàn)方法，用于實現(xiàn)可熱插拔熱備份地保障電源監(jiān)控系統(tǒng)的高可靠性。
本發(fā)明提供一種電源監(jiān)控裝置，包括背板、以及分別通過連接器插接到
所述背板上的第一電源板、第二電源板、主控板、從控板，其中
所述第一、第二電源板以并聯(lián)均流熱備份方式為所述電源監(jiān)控裝置供 電，在其中一塊電源板發(fā)生故障時，另一塊電源板繼續(xù)工作；
所述主控板和所述從控板是以互為主從的主從備份方式工作的相同控 制單板，用于控制所述電源監(jiān)控裝置；
所述背板用于對所述主控板和所述從控板的高速數(shù)據(jù)以及電源監(jiān)控裝 置的系統(tǒng)信息進(jìn)行保存和交換，并根據(jù)所述主控板和所述從控板上報的狀態(tài) 信號實現(xiàn)對兩者之一的選通，由被選通的主控板或從控板擁有監(jiān)控系統(tǒng)的控 制權(quán)。
所述電源監(jiān)控裝置進(jìn)一步包括通過連接器插接到所述背板上的顯示板， 用于在所述主控板或從控板控制下實現(xiàn)人機交互功能。
所述連接器是支持熱插拔的連接器。
所述主控板或從控板在插接到背板上時，根據(jù)所述背板的主從信號獲知 本板插入的槽位是主控板還是從控板。
所述主控板和從控板分別具有三個互相通信的狀態(tài)信號，即在位信號 EXT、系統(tǒng)正常信號OK和運行信號RUN,每一控制板將自身的所述三個 信號送給對方及背板，并同時檢測對方的所述三個信號。
所述背板進(jìn)一步包括一個仲裁器，用于檢測通過連接器相連的主控板和 /或從控板的狀態(tài)信號，在檢測到從控板的在位信號SLAVE一EXT、系統(tǒng)正常 信號SLAVE JDK和運行信號SLAVE 一RUN同時有效后，選通所述從控板， 并發(fā)出選通控制信號通知整個電源監(jiān)控系統(tǒng)該從控板獲得了控制權(quán)。
所述背板上的所述仲裁器，用于檢測通過連接器相連的主控板和/或從 控板的狀態(tài)信號，在檢測到從控板的在位信號SLAVE—EXT、系統(tǒng)正常信號SLAVE —OK和運行信號SLAVE _RUN為非同時有效時，選通所述主控板， 并發(fā)出選通控制信號通知整個電源監(jiān)控系統(tǒng)該主控板獲得了控制權(quán)。
所述背板，還包括一個分別通過連接器與主控板和從控板相連的雙口 RAM,該雙口 RAM存5&空間的分為
系統(tǒng)區(qū)，用于存貯當(dāng)前系統(tǒng)的配置、參數(shù)、控制信息；
主控板信息存貯區(qū)，用于存貯主控板的輸入采集信息、狀態(tài)、告警、以 及控制輸出信息；
從控板信息存貝i區(qū)，用于存5&從控板的輸入采集信息、狀態(tài)、告警、以 及控制輸出信息。
所述主控板和所述從控板均能訪問通過所述連接器的相連的所述雙口 RAM的全部地址空間
當(dāng)所述主控板或所述從控板啟動后，讀取背板上的雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)， 若系統(tǒng)信息正確，則以雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，否則，以自身控制單板 上的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，啟動后送出在位信號EXT;
當(dāng)所述主控板或所述從控板運行時，讀取所述主控板信息存貯區(qū)和所述 從控板信息存貯區(qū)的信息，若判斷自身一切正常且對方控制板有誤時，送出 系統(tǒng)正常信號OK至對方控制板及所述仲裁器，并啟動運行信號RUN并通 知給仲裁器以申請控制權(quán)。
所述主控板和所述從控板上具有掉電保存的存貯器，用以保存自身控制 單板上的配置和參數(shù)、控制信息。
所述背板還具有一個連接于所述仲裁器和電源設(shè)備之間的輸出鎖存器， 用于對控制輸出信號進(jìn)行鎖存，所述仲裁器在主控板或從控板中選通一個控 制單板后，將選通的控制單板的所有信號線送往顯示板，同時還驅(qū)動與通信 設(shè)備相連的輸出鎖存器對所述信號線上的信號進(jìn)行鎖存輸出。
所述背板與所述主控板或從控板的連接器還具有保護電路和隔離驅(qū)動 電路，用于將輸入的所有信號加上必要的保護電路后，通過隔離驅(qū)動電路， 同時送往兩塊控制氺反。
所述背板還包括一個分別輸出至所述雙口 RAM和所述輸出鎖存器的內(nèi)部電源，所述內(nèi)部電源包括并聯(lián)連接的第一電池、第二電池、和外電源，以
三路并聯(lián)方式向雙口 RAM和輸出鎖存器供電。
所述背板還包括連接于所述雙口 RAM和所述主控板或從控4反之間的 NVRAM控制器，用于保證電源波動或者異常的情況下雙口 RAM中數(shù)據(jù)的 穩(wěn)定。
本發(fā)明還提供一種電源監(jiān)控裝置中的單板熱備份的實現(xiàn)方法，包括如下 步驟
控制單板插入背板后進(jìn)行初始化和自檢，并對系統(tǒng)配置及參數(shù)信息進(jìn)行 校驗，；
檢測該控制單板是主控板還是從控板，若為主控板則向背板和從控板送 出系統(tǒng)主控板正常的"MAST—OK"信號，并定時送出運行信號 "MAST—RUN"，定期監(jiān)控系統(tǒng)并對監(jiān)控信息與系統(tǒng)存儲的信息進(jìn)行比對， 若主控板出現(xiàn)系統(tǒng)故障，則發(fā)送主控板系統(tǒng)故障的"MAST_ERROR"信號 通知從控板；
所述從控板定期監(jiān)控系統(tǒng)，將監(jiān)控信息與系統(tǒng)存儲的信息進(jìn)行比對，若 從控板出現(xiàn)系統(tǒng)故障，則發(fā)出從控板系統(tǒng)故障的"SLAVE—ERROR"信號； 否則，送出從控板正常的"SLAVE—OK"信號；若從控板檢測本板正常且收 到主控板系統(tǒng)故障的"MAST—ERROR"信號，則向背板和主控板定時發(fā)送 運行信號"SLAVE—RUN",申請主控權(quán)；
背板上的仲裁器如果檢測到從控板的在位信號"SLAVE—EXT"、系統(tǒng) 正常信號"SLAVE _OK"和運行信號"SLAVE _RUN，，同時有效后，則發(fā) 出選通控制信號，通知整個系統(tǒng)從控板獲得控制權(quán)。
其中，所述控制單板插入背板后進(jìn)行初始化和自檢時，判斷控制單板是 否存在故障；如有故障，則向背板和另一塊控制單板發(fā)出故障信號；
所述控制單板在初始化和自檢通過后，先從雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)取出系統(tǒng) 配置和參數(shù)信息，進(jìn)行必要的校驗以判斷所述系統(tǒng)信息是否正確
如杲校驗判斷認(rèn)為所述系統(tǒng)信息正確，則把所述系統(tǒng)信息更新到控制單
9板內(nèi)并且保存；
如果校驗判斷認(rèn)為所述系統(tǒng)信息錯誤，則由控制單板內(nèi)部存貯器讀取自 身保存的系統(tǒng)信息；經(jīng)過相同的校驗后，對雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)進(jìn)行更新。
其中，所述雙口 RAM,位于,皮;f反上，該雙口 RAM的存貯空間包括
系統(tǒng)區(qū)，用于存貝±當(dāng)前系統(tǒng)的配置、參數(shù)、控制信息；
主控板信息存貯區(qū)，用于存貯主控板的輸入采集信息、狀態(tài)、告警、以 及控制輸出信息；
從控板信息存貯區(qū)，用于存貯從控板的輸入采集信息、狀態(tài)、告警、以 及控制輸出信息。
其中，所述主控板或從控板定期監(jiān)控系統(tǒng)并對監(jiān)控信息與系統(tǒng)存儲的信 息進(jìn)行比對的步驟，是主控板或從控板定期讀取雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)，根據(jù)讀 取到的配置和參數(shù)信息，對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制；并把監(jiān)測和控制信息保存 到主控板信息存貯區(qū)或從控板信息存貯去，進(jìn)行比對是，定期讀取兩個信息 存貯區(qū)的信息進(jìn)行比對。
采用本發(fā)明所述方法和裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，完全實現(xiàn)了通信電源監(jiān) 控的單板熱備份；達(dá)到了高可靠性，永不停機的工作；并且可以實現(xiàn)熱插拔， 如果出現(xiàn)故障，可以不斷電的更換單板；甚至，當(dāng)控制板同時故障或者同時 被拔出時，監(jiān)控單元對系統(tǒng)的控制都能維持不變，具備非常高的可靠性和可 維護性。


圖1是本發(fā)明的實施例的電源監(jiān)控裝置各部分的示意圖； 圖2是本發(fā)明的電源監(jiān)控裝置中背板的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的電源監(jiān)控裝置的背板中的仲裁器實現(xiàn)方案圖； 圖4是本發(fā)明的電源監(jiān)控裝置的雙口 RAM存貯區(qū)分配圖； 圖5是本發(fā)明的電源監(jiān)控裝置的控制單板軟件實現(xiàn)的流程圖；圖6是本發(fā)明實施例中仲裁器的電路圖7是本發(fā)明實施例中雙口 RAM的電路圖8是本發(fā)明實施例中選通兩塊控制板控制液晶板的電路圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明 作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。
本發(fā)明采用單板熱備份的方法來實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)高可靠性，永不停機的 工作。本發(fā)明的核心思想是在電源監(jiān)控裝置中，通過背板上帶雙路電池供電 的雙口 RAM,來實現(xiàn)兩塊控制單板的高速數(shù)據(jù)保存和交換；通過一個簡單 可靠的仲裁器，實現(xiàn)控制單板的選通；軟件上，兩塊控制板同時工作，交換 數(shù)據(jù)，比較判斷，分析偵查故障點，保障正常無故障的單板擁有系統(tǒng)的控制 權(quán)。
本發(fā)明提供的電源監(jiān)控裝置，包括背板、以及分別通過連接器插接到所 述背板上的第一電源板、第二電源板、主控板、從控板，其中
所述第 一、第二電源板以并聯(lián)均流熱備份方式為所述電源監(jiān)控裝置供 電，在其中一塊電源板發(fā)生故障時，另一塊電源板繼續(xù)工作；
所述主控板和所述從控板是互為主從的以主從備份方式工作的相同控 制單板，用于控制所述電源監(jiān)控裝置；
所述背板用于對所述主控板和所述從控板的高速數(shù)據(jù)以及電源監(jiān)控裝 置的系統(tǒng)信息進(jìn)行保存和交換，并根據(jù)所述主控板和所述從控板上報的狀態(tài) 信號實現(xiàn)對兩者之一的選通，由被選通的主控板或從控板擁有監(jiān)控系統(tǒng)的控 制權(quán)。
電源監(jiān)控裝置還可以包括通過連接器插接到所述背板上的顯示板，用于 在所述主控板或從控板的控制下實現(xiàn)人機交互功能。所述顯示板可以是液晶 顯示板或陰極射線CRT顯示器、或等離子PDP顯示器、或LED顯示面板。
第一、第二電源板是完全相同的電源板，或者結(jié)構(gòu)不同但功能相同的電 源板，用于以并聯(lián)均流熱備份方式實現(xiàn)電源的變換，提供合適的電源給監(jiān)控
ii單元供電，包括向背板、主從控制單板、液晶顯示單板供電。例如，實現(xiàn)從
背板接入的48V到5V、 12V的電源轉(zhuǎn)換，并且通過連接到背板的電源插座 輸出至背板上的各個單板。所述的兩塊電源板通過連接器插入背板，以并聯(lián) 均流熱備份的方式提供電源，如果一塊板故障，另外一塊繼續(xù)工作，并且還 可實現(xiàn)熱插拔。
兩塊控制單板即主控板和從控板也完全相同，可互換，也是通過連接器 插入背板，實現(xiàn)控制板的主從備份，如果一塊板故障，切換到另外一塊工作。 所述主控板或從控板在插接到背板上時，根據(jù)所述背板的主從信號獲知本板 插入的槽位是主控板還是從控板?？刂茊伟逋瓿煽刂瓢灞旧淼娜繕I(yè)務(wù)處理 功能。通過和背板的連接器，能夠檢測所有的信息量，并且能夠根據(jù)檢測信 息，輸出必要的控制量。至于這些控制量是否能從背板輸出，則由仲裁器輸 出的選通信號決定；
控制單板上有掉電保存的存貯器，可以保存自身單板上的配置和參數(shù)、 控制等信息。當(dāng)單板啟動后，首先讀取背板上的雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)，正確的 話，以雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，否則，以自身單板上的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；控制 單板和背板連接器上，對所有信號(比如模擬、數(shù)字輸入輸出信號，數(shù)據(jù)、 地址、控制總線信號)都加上必要的隔離驅(qū)動和保護電路后，實現(xiàn)熱插拔時 靜電和瞬態(tài)電流不損壞器件和電路。
背板通過連接器和插座，把電源引入到各個單板和需要供電的器件上； 把輸入的所有信號(比如模擬、數(shù)字采樣量)加上必要的保護電路后，通過 隔離驅(qū)動電路，同時送往兩塊控制板；背板和控制板、液晶板，在靠近連接 器附近電路上，都具備信號隔離保護電路，實現(xiàn)子板在插入和拔出時，靜電 和瞬態(tài)電流不對芯片造成損壞或閉鎖；
所述連接器是支持熱插拔的連接器。無論是電源板、控制單板，還是液 晶顯示板，都可以實現(xiàn)熱插拔，如果背板上的任何一塊子板有故障，都可以 不斷電的更換；甚至，當(dāng)控制板同時故障或者同時被拔出時，因施加有保護 電路可以保證監(jiān)控單元裝置對系統(tǒng)的輸出控制都能保持不變?？刂茊伟搴捅?板連接器電路上，具備電源的熱插拔控制器，實現(xiàn)控制子板在插入和拔出時， 不對其他板的電源造成影響；液晶板和背板連接器上，所有信號都加上必要200810006040.1
的隔離驅(qū)動和保護電路后，實現(xiàn)熱插拔時靜電和瞬態(tài)電流不損壞器件和電
路；液晶板和背板連接器電路上，具備電源的熱插拔控制器，實現(xiàn)液晶板在 插入和拔出時，不對其他板的電源造成影響。
背板上還配備有仲裁器電路。仲裁器通過檢測兩塊控制單板的運行狀 態(tài)，產(chǎn)生一個片選信號，以此來決定哪一塊板獲得控制權(quán)；獲得控制權(quán)的單 板，稱為選通板，能夠把它的所有信號線，送往液晶板，同時驅(qū)動輸出鎖存 器；另外一塊單板不具備控制輸出功能，但依舊能夠檢測所有輸入信號；隨 時準(zhǔn)備著可能到來的控制權(quán)。
背板上還具備雙口 RAM。雙口 RAM存H&空間分為三部分
第一部分為系統(tǒng)區(qū)，存貯著當(dāng)前系統(tǒng)的配置、參數(shù)、控制等信息；
第二、三部分為兩塊控制單板各自的信息存貯區(qū)，分別存貯著主控板、 從控板的輸入采集信息、狀態(tài)、告警、以及控制輸出信息等。
兩塊控制單板都能夠訪問雙口 RAM的全部地址空間，實現(xiàn)信息交換， 訪問系統(tǒng)區(qū)。兩塊控制板能夠?qū)崿F(xiàn)配置、控制信息的同步更新；同時，單板 被更換后，新的單板能夠第一時間讀取系統(tǒng)區(qū)，自動更新單板配置和參數(shù)。 第二、三部分信息存貯區(qū)，都能夠被兩塊控制單板訪問，這樣，這兩塊單板 能夠彼此互通，獲悉自己和另外一塊板的所有信息，可以方便判斷自身是否 存在故障，故障存在的可能位置；并以此判斷決定應(yīng)該由哪一塊單板投入運 行，輸出正確的信號給仲裁器，由仲裁器產(chǎn)生最終的片選信號。
背板上控制輸出信號都有鎖存功能。這樣，即使兩個控制單板都被拔出， 控制輸出信號依舊可以維持以前的正確狀況，而不會紊亂；對系統(tǒng)造成影響；
背板上具備電池和供電電路。為了保存數(shù)據(jù)，需要增加電池和供電電路。 采用兩個鋰電池、以及外電源并聯(lián)，三路取電方式，確保雙口RAM和輸出 控制鎖存器的供電。同時，為了確保雙口 RAM的正常訪問，還增加了 NVRAM控制器，確保電源波動或者異常的情況下，雙口RAM中數(shù)據(jù)的穩(wěn) 定。
為了描述的方便，本實施例以通信電源上的監(jiān)控單元為例進(jìn)行說明。所述監(jiān)控單元業(yè)務(wù)功能包括
(1) 檢測通信電源上的交流配電、整流器、直流配電和蓄電池組的電 壓、電流和溫度等模擬信息量，以及空開、熔絲、輸入干結(jié)點等各種開關(guān)量；
(2) 配備有顯示設(shè)備(例如液晶板)和鍵盤以方便用戶操作維護； (3 )配備有智能通訊接口接入網(wǎng)管；
(4)監(jiān)控單元還可根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀況和用戶命令，進(jìn)行開關(guān)機、二次 下電、調(diào)節(jié)整流器輸出等控制輸出。
如圖1，顯示了本實施例所述監(jiān)控單元的硬件部分結(jié)構(gòu)圖。所述監(jiān)控單 元由背板和其他子板兩塊電源板(電源板l、 2)、兩塊控制板(主控板、 從控板)和一塊液晶板組成。其中，背板和其他子板通過連接器連接；子板 兩側(cè)有固定的導(dǎo)軌，可方便插入背板和從背板取出。金屬化的導(dǎo)軌可靠接入 保護地，以泄放靜電。具體而言，背板及其上的各個子板分別具有如下特點
(1) 電源板。
兩塊電源板完全相同，可將電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的工作電壓，例如實現(xiàn) 48V到5V、 12V電源的轉(zhuǎn)換，通過背板輸出給系統(tǒng)。兩塊電源板采用并聯(lián) 均流方式工作、均可以熱插拔；若一塊電源板停止工作，并不影響另一塊電 源板的工作。
(2) 背板。
監(jiān)控單元所有的輸入、輸出信號都從背板引入和輸出，如各模擬數(shù)字檢 測量、控制輸出、通訊接口等。
背;〖反上還有五個可熱插拔連接器插座分別與所述兩塊電源寺反(電源;板l、 2)、兩塊控制板(主控板、從控板)和液晶板相連。所有熱插拔連接器上 的信號線都就近加上了上拉電阻、鉗位二極管和隔離驅(qū)動器，如74ALS245 等；目的是吸收尖峰干擾，改善信號質(zhì)量，同時保護后級CMOS器件。
同時，背板還具有一個重要的部分就是仲裁器。仲裁器通過檢測兩塊控 制單板的運行狀態(tài)，產(chǎn)生一個單板片選信號，以此片選信號決定哪一塊控制 板獲得控制權(quán)。因仲裁器是一個非常重要和關(guān)鍵的部分，仲裁器的設(shè)計必須 極其可靠，應(yīng)當(dāng)滿足元器件最少、電路最簡單、沒有軟件參與、可以保障極高的可靠性等要求。如圖6所示，本實施例中選用了一個74HC123單穩(wěn)觸 發(fā)器、 一個74HC02邏輯門和幾個電阻、電容即組成了仲裁器。該仲裁器具 備主板優(yōu)先級原則，即只有當(dāng)從機在位(信號"SLAVE—EXT，，有效)、 從機系統(tǒng)正常(信號"SLAVE一OK"有效)和從機軟件在周期性的運行(信 號"SLAVE—RUN"有效)，三者同時滿足后，從控板才能獲得控制權(quán)，所 述這三個信號都是由從控板發(fā)出的信號。換言之，如果主控板故障且從控板 正常，則從控板獲得控制權(quán)；其他情況下，都是主控板獲得控制權(quán)。
同時，背板上還有雙口 RAM供兩塊控制單板保存和交換數(shù)據(jù)；有電池 和NVRAM控制器保障掉電不丟失數(shù)據(jù)。如圖7所示，這里選用了 IDT7006 作為雙口RAM，它提供了兩套總線供兩個MCU進(jìn)行訪問。
L_AB、 L—DB表示左邊MCU (即主控板)的地址、數(shù)據(jù)總線；RD—L、 WR—L、 CS7006JL分別表示左邊MCU (即主控板)的讀、寫和片選信號。 同理，RD_R、 WR—R、 CS7006—R分別表示右邊MCU (即從控板)的讀、 寫和片選信號。選擇了 DS14287作為NVRAM控制器，這是為了保證 IDT7006掉電數(shù)據(jù)不丟失。由于IDT7006具備主、從控制板譯碼訪問使用的 兩個片選信號；因此，需要兩塊DS14287。另夕卜，DS14287具有內(nèi)部的鋰電， 因而不需要再外加電池了。同時，兩塊鋰電并聯(lián)工作，可靠性更高。為了并 聯(lián)鋰電，采用了兩個理想二極管LTC4411，理想二極管具備極低的正向壓降。 另外，又從外電源通過一個肖特基二極管并聯(lián)供電。這樣，通過三路取電， 保障了雙口 RAM的可靠供電。
兩塊控制板的輸出信號進(jìn)入背板后，通過單板選通信號，通過隔離驅(qū)動 器后并聯(lián)，再經(jīng)由鎖存器輸出。這樣，可以保證兩塊控制板同時故障或者同 時被拔出時，控制輸出都能維持不變。
(3 )控制板。
單塊控制板具備一般的電源監(jiān)控單元的全部功能，是以微處理器為核心 的嵌入式系統(tǒng)，完成模擬數(shù)字信號的輸入采集和輸出控制、人機交換、告警、 通訊等等應(yīng)用。所有的模擬、數(shù)字I/0線，MCU的數(shù)據(jù)、地址、控制總線， 通過背板上的連接器進(jìn)入背板供雙口 RAM、輸出鎖存器等使用；進(jìn)入液晶 板，來控制液晶的顯示?？刂瓢宓乃休敵鲂盘?，都通過單板選通信號從隔離驅(qū)動器輸出到背板。
控制板接收來自背板上的主從信號，從而獲知本板插入的槽位是主板還
是從板；控制板還接收來自背板上的仲裁信號，從而獲知本單板是否選通， 是否擁有控制權(quán)。兩塊控制板間還有至少三個互相通訊的信號，即在位 (EXT)、系統(tǒng)正常(OK)和運行信號(RUN)。每個控制板都把自身的這三個 信號送給對方，同時檢測對方的這三個信號。當(dāng)從控板發(fā)現(xiàn)自身一切正常， 而對方主控板有誤時，即啟動運行信號(SLAVE一RUN)并將該SLAVE_RUN 信號通知仲裁器，申請控制權(quán)。仲裁器檢測到從控板的這三個信號都正常后， 就選通從控板；其他情況都是主控板被選通。
控制板可以進(jìn)行熱插拔，方便維護。當(dāng)控制板作為子板被插入背板時， 子板上的電源旁路電容在充電時會從電源上吸收很大的瞬態(tài)電流，這個瞬態(tài) 電流取決于電源電壓和電源內(nèi)阻以及旁路電容的容量，這樣的瞬態(tài)電流有時 可以達(dá)到數(shù)安培。因而會引起接插件和電路板線條的永久損壞。該瞬態(tài)電流 同時也會引起尖峰干擾，使系統(tǒng)中的其它外設(shè)被強制進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。在電源 接口加上通過熱插拔控制器，如LTC1643,就解決了這個問題。
(4)液晶板。
液晶板之所以沒有備份，是因為液晶板即使損壞，也不會影響到系統(tǒng)正 常的控制輸出，只是人機交互功能缺少而已。液晶板接收來自兩塊控制板的 凄t據(jù)、地址等控制信號，根據(jù)選通信號，決定哪一個控制板的信號有效。如 圖8所示，CPU1—CS和CPU2—CS分別表示主、從控制板的選通信號，任意 時刻只有一個有效。兩個信號控制兩個74ALS245的導(dǎo)通，把選通的控制板 信號，如液晶的讀寫信號，如LCD—RD、 WR等送入；其他信號也是類似的 處理。另外，液晶板也可以熱插拔，其熱插拔的實現(xiàn)方法和控制板相同。
基于上述對硬件部件的設(shè)計描述，接下來再詳細(xì)描述其中控制單板軟件 實現(xiàn)的步驟
步驟l,控制單板插入背板后，首先進(jìn)行初始化和自檢，判斷控制單板 是否存在故障；如有故障，則向背板和另一塊控制單板發(fā)出故障信號；步驟2,初始化和自檢通過后，先從雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)取出系統(tǒng)配置和 參數(shù)信息，進(jìn)行必要的校驗，判斷這些系統(tǒng)信息是否正確
如果校驗判斷認(rèn)為這些系統(tǒng)信息正確，則把這些系統(tǒng)信息更新到控制單 氺反內(nèi)，并且保存；
如果校驗判斷認(rèn)為系統(tǒng)信息錯誤，則從控制單板內(nèi)部存貯器讀取自身保 存的系統(tǒng)信息；經(jīng)過相同的校驗后，對雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)進(jìn)行更新。
如有必要，取出雙口RAM中第二、三部分信息存貯區(qū)的信息，確保獲 取連續(xù)的正確信息，不因為單板的插拔造成信息的波動。
步驟3,檢測當(dāng)前的單板是主控板還是從控板。如果是主控板的話，則 向背板和從控板送出系統(tǒng)主控板正常的"MAST—OK"信號，并且定時送出 運行信號"MAST—RUN",表明主控板軟件在正常運行中。
步驟4，主控一反的l欠件，定期讀取雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)，根據(jù)讀取到的配 置和參數(shù)信息，對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制；并把監(jiān)測和控制信息保存到第二部 分信息存貯區(qū)。定期讀取第三部分信息存貯區(qū)內(nèi)容，并且對比第二、三部分 信息存貯區(qū)內(nèi)容，如果發(fā)現(xiàn)主控板系統(tǒng)故障，就發(fā)出主控板系統(tǒng)故障的 "MAST—ERROR"信號，通知從控板。
步驟5,從控板的軟件，定期讀取雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)，根據(jù)讀取到的配 置和參數(shù)信息，對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制；并把監(jiān)測和控制信息保存到第三部 分信息存貯區(qū)。定期讀取第二部分信息存貯區(qū)內(nèi)容；并且對比第二、三部分 信息存貯區(qū)內(nèi)容，如果發(fā)現(xiàn)從控板系統(tǒng)故障，就發(fā)出從控板系統(tǒng)故障的 "SLAVE—ERROR"信號；否則，送出從控板正常的"SLAVE_OK"信號。
步驟6，從控板的軟件，如果發(fā)現(xiàn)本單板完全正確，且檢測到主控板發(fā) 出的"MAST—ERROR"信號；就向背板和主控板定時送出運行信號 "SLAVE—RUN",表明從控板軟件在正常運行中；并且期望獲得控制權(quán)， 接管系統(tǒng)。
步驟7,背板上的仲裁器，；險測到從控機的在位信號"SLAVE—EXT"、 系統(tǒng)正常信號"SLAVE—OK"和運行信號"SLAVE—RUN"后，發(fā)出選通 控制信號，通知整個系統(tǒng)，從控板獲得控制權(quán)。
17只有獲得控制權(quán)的單板，才可以對雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)進(jìn)行寫入。無論是 否獲得控制權(quán)，每一單板都可以對全部雙口 RAM空間進(jìn)行讀操作。獲得控 制權(quán)的控制單板才能夠控制輸出，無論是否獲得控制權(quán)，每一控制單板都可 以接收輸入信號。
另外，本仲裁器具備主板優(yōu)先級原則。只有當(dāng)從控機的在位信號 "SLAVE—EXT"、系統(tǒng)正常信號"SLAVE—OK"和運行信號"SLAVE—RUN" 全部有效后，從控板才能獲得控制權(quán)；其他所有情況下，都是主控板優(yōu)先獲 得控制權(quán)。
如圖5所示，給出了兩塊控制板的處理流程示意圖，包括如下步驟 步驟501:首先，初始化MCU以及外設(shè)； 步驟502:對硬件進(jìn)行自檢；
步驟503:判斷自檢是否正確，即判斷控制單板是否發(fā)生故障；
步驟504:如果硬件故障，則送出系統(tǒng)故障信號，不運行該控制軟件；
步驟505:讀取雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)的系統(tǒng)配置和參數(shù)信息；如果校驗正 確，更新本板上自己保存的系統(tǒng)配置和參數(shù)信息。檢測背板仲裁器送來的選 通信號，判斷本板是否為選通板，若選通則進(jìn)行步驟506，否則進(jìn)行步驟507;
步驟506:擁有控制權(quán)的選通板，同步更新自己保存的系統(tǒng)信息和雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)，即完成對系統(tǒng)區(qū)的寫操作，轉(zhuǎn)至步驟508;
步驟507:未獲控制權(quán)的控制板只能讀雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)操作，轉(zhuǎn)至步 驟508;
步驟508:主從控制板分別讀寫雙口 RAM的數(shù)據(jù)區(qū)信息，并且校驗、 同步更新到本板上；主板讀寫第二數(shù)據(jù)區(qū)；從板讀寫第三數(shù)據(jù)區(qū)；
步驟509:運行業(yè)務(wù)代碼，即進(jìn)行監(jiān)測和控制操作；
步驟510'.讀取雙口RAM中第二、三數(shù)據(jù)區(qū)，并進(jìn)行分析、比較判斷 兩個單板是否正常；
步驟511:判斷本控制單板是否正常，正常則轉(zhuǎn)至步驟512，否則至步驟513;
步驟512:若判斷本控制單板正常，則送出系統(tǒng)正常OK信號；
步驟513:若判斷本控制單板不正常，則送出系統(tǒng)錯誤ERROR信號；
步驟514:進(jìn)一步檢測本單板是否主板，若是，則轉(zhuǎn)至步驟515,否則 轉(zhuǎn)至步驟516;
步驟515:若本單板為主板，則送出周期運行RUN信號，返回至步驟
505;
步驟516:若本單板不為主板，即判斷本單板是從板，則檢測另一塊板 (即主板)是否正常；如果有故障，則轉(zhuǎn)至步驟515,本從板送出周期運行 RUN信號(向仲裁器申請控制權(quán))，轉(zhuǎn)至步驟505;如果未發(fā)現(xiàn)故障，則直 接返回步驟505,無限循環(huán)運行。
通過硬件和軟件的配合，應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案就實現(xiàn)了電源監(jiān)控單 板，尤其是監(jiān)控單板的熱插拔和熱備份。這種方案，解決了目前通信電源監(jiān) 控單元中監(jiān)控可靠性不足的缺點；實現(xiàn)了熱插拔和熱備份，方便維護人員維 修和更換單板而不影響系統(tǒng)的正常運行，解決了現(xiàn)有監(jiān)控單元無法實現(xiàn)永不 停機的高穩(wěn)定運作，滿足無人值守、高端/軍事用戶高可靠技術(shù)要求的問題。
本文所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。因此，凡在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)以及更新等等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種電源監(jiān)控裝置，其特征在于，包括背板、以及分別通過連接器插接到所述背板上的第一電源板、第二電源板、主控板、從控板，其中所述第一、第二電源板以并聯(lián)均流熱備份方式為所述電源監(jiān)控裝置供電，在其中一塊電源板發(fā)生故障時，另一塊電源板繼續(xù)工作；所述主控板和所述從控板是以互為主從的主從備份方式工作的相同控制單板，用于控制所述電源監(jiān)控裝置；所述背板用于對所述主控板和所述從控板的高速數(shù)據(jù)以及電源監(jiān)控裝置的系統(tǒng)信息進(jìn)行保存和交換，并根據(jù)所述主控板和所述從控板上報的狀態(tài)信號實現(xiàn)對兩者之一的選通，由被選通的主控板或從控板擁有監(jiān)控系統(tǒng)的控制權(quán)。
2、 如權(quán)利要求l所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述電源監(jiān)控裝 置進(jìn)一步包括通過連接器插接到所述背板上的顯示板，用于在所述主控板或 從控板控制下實現(xiàn)人機交互功能。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述連接器 是支持熱插拔的連接器。
4、 如權(quán)利要求l所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述主控板或從 控板在插接到背板上時，根據(jù)所述背板的主從信號獲知本板插入的槽位是主 控板還是從控板。
5、 如權(quán)利要求1所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述主控板和從 控板分別具有三個互相通信的狀態(tài)信號，即在位信號EXT、系統(tǒng)正常信號 OK和運行信號RUN，每一控制板將自身的所述三個信號送給對方及背板， 并同時4企測對方的所述三個信號。
6、 如權(quán)利要求5所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述背板進(jìn)一步 包括一個仲裁器，用于檢測通過連接器相連的主控板和/或從控板的狀態(tài)信 號，在檢測到從控板的在位信號SLAVE一EXT、系統(tǒng)正常信號SLAVE—OK和運行信號SLAVE—RUN同時有效后，選通所述從控板，并發(fā)出選通控制 信號通知整個電源監(jiān)控系統(tǒng)該從控板獲得了控制權(quán)。
7、 如權(quán)利要求6所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述背板上的所 述仲裁器，用于檢測通過連接器相連的主控板和/或從控板的狀態(tài)信號，在 ;險測到從控板的在位信號SLAVE一EXT、系統(tǒng)正常信號SLAVE—OK和運行 信號SLAVE—RUN為非同時有效時，選通所述主控板，并發(fā)出選通控制信 號通知整個電源監(jiān)控系統(tǒng)該主控板獲得了控制權(quán)。
8、 如權(quán)利要求7所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述背板，還包 括一個分別通過連接器與主控板和從控板相連的雙口 RAM，該雙口 RAM 存貯空間的分為系統(tǒng)區(qū)，用于存貯當(dāng)前系統(tǒng)的配置、參數(shù)、控制信息；主控板信息存貯區(qū)，用于存貯主控板的輸入采集信息、狀態(tài)、告警、以 及控制輸出信息；從控板信息存貯區(qū)，用于存l&從控板的輸入采集信息、狀態(tài)、告警、以 及控制輸出信息。
9、 如權(quán)利要求8所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述主控板和所 述從控板均能訪問通過所述連接器的相連的所述雙口 RAM的全部地址空 間當(dāng)所述主控板或所述從控板啟動后，讀取背板上的雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)， 若系統(tǒng)信息正確，則以雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，否則，以自身控制單板 上的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，啟動后送出在位信號EXT;當(dāng)所述主控板或所述從控板運行時，讀取所述主控板信息存貯區(qū)和所述 從控板信息存貯區(qū)的信息，若判斷自身一切正常且對方控制板有誤時，送出 系統(tǒng)正常信號OK至對方控制板及所述仲裁器，并啟動運行信號RUN并通 知給仲裁器以申請控制權(quán)。
10、 如權(quán)利要求1所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述主控板和 所述從控板上具有掉電保存的存貯器，用以保存自身控制單板上的配置和參數(shù)、控制信息。
11、 如權(quán)利要求7所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述背板還具 有一個連接于所述仲裁器和電源設(shè)備之間的輸出鎖存器，用于對控制輸出信 號進(jìn)行鎖存，所述仲裁器在主控板或從控板中選通一個控制單板后，將選通 的控制單板的所有信號線送往顯示板，同時還驅(qū)動與通信設(shè)備相連的輸出鎖 存器對所述信號線上的信號進(jìn)行鎖存輸出。
12、 如權(quán)利要求6或7所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述背板 與所述主控板或從控板的連接器還具有保護電路和隔離驅(qū)動電路，用于將輸 入的所有信號加上必要的保護電路后，通過隔離驅(qū)動電路，同時送往兩塊控 制板。
13、 如權(quán)利要求8或11所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述背板 還包括一個分別輸出至所述雙口 RAM和所述輸出鎖存器的內(nèi)部電源，所述 內(nèi)部電源包括并聯(lián)連接的第一電池、第二電池、和外電源，以三路并聯(lián)方式 向雙口 RAM和輸出鎖存器供電。
14、 如權(quán)利要求8所述的電源監(jiān)控裝置，其特征在于，所述背板還包 括連4妄于所述雙口 RAM和所述主控板或7人控4反之間的NVRAM控制器，用 于保證電源波動或者異常的情況下雙口 RAM中數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。
15、 一種電源監(jiān)控裝置中的單板熱備份的實現(xiàn)方法，包括如下步驟控制單板插入背板后進(jìn)行初始化和自檢，并對系統(tǒng)配置及參數(shù)信息進(jìn)行 校驗，；檢測該控制單板是主控板還是從控板，若為主控板則向背板和從控板送 出系統(tǒng)主控板正常的"MAST_OK"信號，并定時送出運行信號 "MAST—RUN",定期監(jiān)控系統(tǒng)并對監(jiān)控信息與系統(tǒng)存儲的信息進(jìn)行比對， 若主控板出現(xiàn)系統(tǒng)故障，則發(fā)送主控板系統(tǒng)故障的"MAST_ERROR"信號 通知從控板；所述從控板定期監(jiān)控系統(tǒng)，將監(jiān)控信息與系統(tǒng)存儲的信息進(jìn)行比對，若 從控板出現(xiàn)系統(tǒng)故障，則發(fā)出從控板系統(tǒng)故障的"SLAVE_ERROR，，信號；否則，送出從控板正常的"SLAVE一OK，，信號；若從控板檢測本板正常且收 到主控板系統(tǒng)故障的"MAST—ERROR"信號，則向背板和主控板定時發(fā)送 運行信號"SLAVE—RUN"，申請主控權(quán)；背板上的仲裁器如果檢測到從控板的在位信號"SLAVE—EXT"、系統(tǒng) 正常信號"SLAVE—OK"和運行信號"SLAVE—RUN"同時有效后，則發(fā) 出選通控制信號，通知整個系統(tǒng)從控板獲得控制權(quán)。
16、 如權(quán)利要求15所述的單板熱備份的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述控制單板插入背板后進(jìn)行初始化和自檢時，判斷控制單板是否存在 故障；如有故障，則向背板和另一塊控制單板發(fā)出故障信號；所述控制單4反在初始化和自才企通過后，先從雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)取出系統(tǒng) 配置和參數(shù)信息，進(jìn)行必要的校驗以判斷所述系統(tǒng)信息是否正確如果校驗判斷認(rèn)為所述系統(tǒng)信息正確，則把所述系統(tǒng)信息更新到控制單 板內(nèi)并且保存；如果校驗判斷認(rèn)為所述系統(tǒng)信息錯誤，則由控制單板內(nèi)部存貯器讀取自 身保存的系統(tǒng)信息；經(jīng)過相同的4交一瞼后，對雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)進(jìn)行更新。
17、 如權(quán)利要求16所述的單板熱備份的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述雙口 RAM,位于凈皮板上，該雙口 RAM的存I&空間包括系統(tǒng)區(qū)，用于存貯當(dāng)前系統(tǒng)的配置、參數(shù)、控制信息；主控板信息存貯區(qū)，用于存貯主控板的輸入采集信息、狀態(tài)、告警、以 及控制輸出信息；從控板信息存貯區(qū)，用于存貯從控板的輸入采集信息、狀態(tài)、告警、以 及控制輸出信息。
18、 如權(quán)利要求17所述的單板熱備份的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述主控板或從控板定期監(jiān)控系統(tǒng)并對監(jiān)控信息與系統(tǒng)存儲的信息進(jìn) 行比對的步驟，是主控板或從控板定期讀取雙口 RAM系統(tǒng)區(qū)，根據(jù)讀取到 的配置和參數(shù)信息，對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制；并把監(jiān)測和控制信息保存到主 控板信息存貯區(qū)或從控板信息存貯去，進(jìn)行比對是，定期讀取兩個信息存貝i 區(qū)的信息進(jìn)行比對。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電源監(jiān)控裝置及單板熱備份的實現(xiàn)方法，在電源監(jiān)控裝置中，通過背板上帶雙路電池供電的雙口RAM，來實現(xiàn)兩塊控制單板的高速數(shù)據(jù)保存和交換；通過一個簡單可靠的仲裁器，實現(xiàn)控制單板的選通；軟件上，兩塊控制板同時工作，交換數(shù)據(jù)，比較判斷，分析偵查故障點，保障正常無故障的單板擁有系統(tǒng)的控制權(quán)。本發(fā)明可以實現(xiàn)熱插拔，如果出現(xiàn)故障，可以不斷電的更換單板；甚至，當(dāng)控制板同時故障或者同時被拔出時，監(jiān)控單元對系統(tǒng)的控制都能維持不變，具備非常高的可靠性和可維護性。
文檔編號H04L12/26GK101494564SQ200810006040
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者勇 熊 申請人:中興通訊股份有限公司