一种高可靠多节点容错计算机系统及同步方法技术方案

本发明专利技术提出了一种高可靠多节点容错计算机系统，包括三节点同步硬件电路，电路包括三个相同节点，每个节点包括差分接收器、差分驱动器、分别与差分接收器和差分驱动器连接的两个同步输出锁存器；同步输出锁存器发出的TTL信号经差分驱动器转换成差分信号发送给另外两个节点，并且对TTL输出信号进行回绕，对输出信号进行回绕检测，对差分输出信号同样进行回绕，对输出信号进行回绕检测。本发明专利技术高可靠容错计算机系统提供一种节点计算机紧耦合同步方法，该同步方法采用以软件为主,软/硬结合的双握手同步算法实现节点间的同步，在系统同步程序的管理下,结合硬件同步指示器,通过专用同步总线,完成节点计算机间的同步。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高可靠机载容错计算机技术及应用领域，尤其是一种高可靠多节点容错计算机系统及同步方法。
技术介绍
飞行安全紧密相关的机载控制系统为提高工作可靠性通常采用具有容错能力的多节点容错计算机实现对核心功能的可靠执行，如具有一次故障安全的双节点容错计算机，一次故障/工作能力的三节点容错计算机、二次故障/工作能力的四节点容错计算机等，飞控计算机节点之间同步工作，采用故障安全原则，节点之间通过交叉传输总线进行数据交叉并进行比较，根据故障等级进行故障处理，确保安全。同步的主要功能是维持本地节点与其它有效节点的同步运行。在实时定时中断结束以后在每次小帧周期运行的最前面执行同步程序。同步是接收来自其它余度节点的同步请求信号，将本地节点的同步请求信号送出的过程。容错计算机节点间设置有同步总线，以实现节点间的任务同步。节点间采用小帧同步工作方式，每个节点通过同步总线与其他节点进行同步。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所存在的技术问题，本专利技术提出了一种高可靠容错计算机系统提供一种节点计算机紧耦合同步方法，该同步方法采用以软件为主,软/硬结合的双握手同步算法实现节点间的同步，在系统同步程序的管理下,结合硬件同步指示器,通过专用同步总线,完成节点计算机间的同步。本专利技术的技术解决方案是：一种高可靠多节点容错计算机系统，包括三节点同步硬件电路，其特征在于：所述电路包括三个相同节点，每个节点包括差分接收器、差分驱动器、分别与差分接收器和差分驱动器连接的两个同步输出锁存器；同步输出锁存器发出的TTL信号经差分驱动器转换成差分信号发送给另外两个节点，并且对TTL输出信号进行回绕，对输出信号进行回绕检测，对差分输出信号同样进行回绕，对输出信号进行回绕检测。上述差分驱动器是DS26C31；差分接收器是DS26C32。一种高可靠多节点容错计算机同步方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)初始同步算法：1.1)第一次握手：调用同步寄存器驱动程序；每个节点输出逻辑“高”同步电平，调用同步读寄存器驱动程序，等待其他各节点的响应逻辑“高”；1.2)第二次握手：调用同步寄存器驱动程序；每个节点输出逻辑“低”同步电平，调用同步读寄存器驱动程序，等待第一次握手中正确的节点也输出逻辑“低”；1.3)每次握手的最大等待周期为1s，两次握手后节点应保持同步输出逻辑电平为“低”；1.4)调用同步结果驱动程序，获取有效节点，本节点只和有效节点进行同步，刚刚失步的无效节点不能参与同步过程，无效节点在同步故障恢复后可返回同步过程；2)正常工作时的同步算法：2.1)第一次握手：调用同步寄存器驱动程序；每个节点输出逻辑“高”同步电平，调用同步读寄存器驱动程序，等待其他各节点的响应逻辑“高”；2.2)第二次握手：调用同步寄存器驱动程序；每个节点输出逻辑“低”同步电平，调用同步读寄存器驱动程序，等待第一次握手中正确的节点也输出逻辑“低”；2.3)每次握手的最大等待周期为100us(通过软件计数器实现)，两次握手后节点应保持同步输出逻辑电平为“低”；2.4)调用同步结果驱动程序，获取有效节点，本节点只和有效节点进行同步，刚刚失步的无效节点不能参与同步过程，无效节点在同步故障恢复后可返回同步过程。还包括3)重新同步算法：当同步失败后，启动同步恢复，同步恢复的时间大于最小任务周期；等待与另一有效节点握手的时间超过最小任务周期，若同步恢复也失败，则记录同步永久故障；此时节点计算机间缺少互比监控的机制，设置节点降级(双机工作)或节点失效(停止工作)；3.1)连续两次未能与任何其他节点同步的节点在两小帧后应进行重新同步；3.2)重新同步采用双握手算法，每次握手最大等待时间为最小任务周期。还包括4)同步故障算法：如果出现同步故障，相应的目标机置为为同步无效目标机；具体包括节点有效故障(节点失效)、同步回绕监控故障；调用同步读状态驱动程序进行同步回绕监控，连续8个周期；失步计数大于2个小帧周期。本专利技术的优点是：1)使机载容错计算机维持本地节点与另外单个或多个有效节点的同步运行；2)保证节点计算机之间的异步度小于20us,保证了节点计算机数据采集的一致性，从而保证节点计算机运算输出的一致性；3)能够保证节点计算机的外部传感器等信号几乎同时进行采集、处理、表决，因此节点计算机可选择共同的信号进行计算；4)在容错计算机中使用本同步方法便于检测传感器和计算机的故障、降低故障检测门限、减小虚警、减少时间延迟、防止控制计算发散；5)本同步方法下的节点计算机软件的结构简单，开发过程容易，软件测试困难减少；6)设计两级同步回绕检测装置，能够有效的发现故障，方便故障隔离与定位；7)结构简明,包括同步指示器、回绕检测、双握手同步算法及失步情况下的同步恢复方法，同步硬件简单，使用限制小，更为实用。8)同步算法灵活，握手时间可调，同步硬件扩展性好，既可扩展为多个节点的容错系统使用，也可在原理不变的情况下根据使用环境的不同更改同步信号的电平、传输方式达到实现同步的目的；本专利技术具有工程可实现性，可以被广泛应用。附图说明图1为三节点同步硬件电路框图。图2为多节点同步软件流程图。具体实施方式本专利技术主要采用软硬件设计结合的双握手方法保证节点计算机同步的可靠执行。硬件方面在容错计算机设计同步发送指示器和同步接收指示器，为确保对同步输出指令的有效监控，硬件设计有同步输出回读寄存器，参见图1。同步输出锁存器发出的TTL信号经差分驱动芯片转换成差分信号发送给另外两个节点。并且对TTL输出信号进行回绕，对输出信号可进行回绕检测，对差分输出信号也进行回绕，对输出信号可进行回绕检测。同步硬件电路使用了DS26C31和DS26C32实现差分信号收发。DS26C31和DS26C32是差分驱动器和差分接收器，具有延迟时间短(14ns)实现TTL电平与差分电平的转换。采用差分方式收发数据、抗干扰能力强、传输距离较远。根据本设计方案的同步软件流程设计如下同步软件实施方式，同步软件驱动程序包括：1)同步写寄存器驱动程序：该驱动写“高”或写“低”并保持寄存器原内容不改变；2)同步读寄存器驱动程序：该驱动读同步字并取有效节点；3)同步读状态驱动程序：该驱动读取读同步回绕信息；4)同步结果驱动程序：同步中所得到的有效的节点处理器；同步软件流程见图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高可靠多节点容错计算机系统，包括三节点同步硬件电路，其特征在于：所述电路包括三个相同节点，每个节点包括差分接收器、差分驱动器、分别与差分接收器和差分驱动器连接的两个同步输出锁存器；同步输出锁存器发出的TTL信号经差分驱动器转换成差分信号发送给另外两个节点，并且对TTL输出信号进行回绕，对输出信号进行回绕检测，对差分输出信号同样进行回绕，对输出信号进行回绕检测。

【技术特征摘要】
1.一种高可靠多节点容错计算机系统，包括三节点同步硬件电路，其特征
在于：所述电路包括三个相同节点，每个节点包括差分接收器、差分驱动器、
分别与差分接收器和差分驱动器连接的两个同步输出锁存器；同步输出锁存器
发出的TTL信号经差分驱动器转换成差分信号发送给另外两个节点，并且对TTL
输出信号进行回绕，对输出信号进行回绕检测，对差分输出信号同样进行回绕，
对输出信号进行回绕检测。
2.根据权利要求1所述的高可靠多节点容错计算机系统，其特征在于：所
述差分驱动器是DS26C31；差分接收器是DS26C32。
3.一种高可靠多节点容错计算机同步方法，其特征在于：所述方法包括以
下步骤：
1)初始同步算法：
1.1)第一次握手：调用同步寄存器驱动程序；每个节点输出逻辑“高”同
步电平，调用同步读寄存器驱动程序，等待其他各节点的响应逻辑“高”；
1.2)第二次握手：调用同步寄存器驱动程序；每个节点输出逻辑“低”同
步电平，调用同步读寄存器驱动程序，等待第一次握手中正确的节点也输出逻
辑“低”；
1.3)每次握手的最大等待周期为1s，两次握手后节点应保持同步输出逻辑
电平为“低”；
1.4)调用同步结果驱动程序，获取有效节点，本节点只和有效节点进行同
步，刚刚失步的无效节点不能参与同步过程，无效节点在同步故障恢复后可返
回同步过程；
2)正常工作时的同步算法：
2.1)第一次握手：调用同步寄存器驱动程序；每个节点输出逻辑“高”同
步...

【专利技术属性】
技术研发人员：马小博，解文涛，夏德天，王锐，颜松桢，付科，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司第六三一研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61