一种双CPU的冗余控制器制造技术

本发明专利技术提供一种双CPU的冗余控制器，包括电源电路、主工作电路和冗余电路，电源电路用于向主工作电路和冗余电路提供工作电压供应，主工作电路与冗余电路之间通过CAN总线进行通信并使用跳线连接。主工作电路和冗余电路具有相同的系统输入，并且当主工作电路正常运行时，冗余电路处于“热备份”的冗余状态，仅由主工作电路产生系统输出，而冗余电路不产生系统输出；该冗余电路通过CAN总线实时监控主CPU的工作状态，并且检测到主CPU出现故障时，冗余电路自动接管主工作电路的主CPU的工作，产生系统输出。本发明专利技术的双CPU的冗余控制器，采用热备份的冗余技术，可保证系统故障时刻不间断运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动控制领域，具体而言涉及一种双CPU的冗余控制器。
技术介绍
20世纪90年代以来，随着自动化技术的发展，现代战争对系统的可靠性要求变的越来越高，武器系统的高可靠性也成为了现代武器研制的关键技术之一。冗余技术是提高系统可靠性的最有效的方法之一。冗余技术就是通过增加同等功能的冗余部件，使得当系统出现故障时，其冗余部件可以接替工作，减少系统停机时间，保证系统正常工作。冗余技术的使用使得系统运行时不受到局部故障的影响，因此广泛应用于航空、航天和工业控制领域。根据冗余度不同，冗余技术分为双冗余技术和多余度冗余技术；根据冗余部件不同，分为处理器冗余、通信冗余、I/O冗余、电源冗余等；根据冗余实现方式不同，可以分为硬件冗余和软件冗余等。随着微电子技术和大规模集成电路制造技术的发展，微控制器在军事和工业控制等各个领域内的应用日益广泛和成熟。目前，国内外各类工业控制更是广泛应用微控制器芯片代替系统传统控制模式。但由于环境恶劣、电磁干扰等环境因素，使得按照工作环境要求设计的微控制器也难以保证控制系统的长期可靠运行，因此可采用双CPU冗余技术。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种双CPU的冗余控制器，采用热备份的冗余技术，保证系统故障时刻不间断运行。本专利技术的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。为达成上述目的，本专利技术提出一种双CPU的冗余控制器，包括电源电路、主工作电路和冗余电路，电源电路用于向主工作电路和冗余电路提供工作电压供应，主工作电路与冗余电路之间通过CAN总线进行通信并使用跳线连接，其中：主工作电路包括主CPU、第一A/D转换芯片、第一D/A转换芯片、第一CAN收发器以及第一以太网控制器，A/D转换芯片、D/A转换芯片、CAN收发器以及以太网控制器均与主CPU连接，一A/D转换接口与第一A/D转换芯片连接，一D/A转换接口与第一D/A转换芯片连接；冗余电路包括从CPU、第二A/D转换芯片、第二D/A转换芯片、第二CAN收发器以及第二以太网控制器，冗余电路采用与前述主工作电路相同的结构和连接；主工作电路和冗余电路具有相同的系统输入，并且当主工作电路正常运行时，冗余电路处于“热备份”的冗余状态，仅由主工作电路产生系统输出，而冗余电路不产生系统输出；该冗余电路通过CAN总线实时监控主CPU的工作状态，并且检测到主CPU出现故障时，冗余电路自动接管主工作电路的主CPU的工作，产生系统输出。进一步的例子中，前述的主工作电路和冗余电路具有相同的多路模拟输入，并且进行相同的数据运算操作，并且在主工作电路正常工作时，从CPU中处理得到的多路模拟输出数据并不对外输出，只是用来监测主CPU处理得到的多路模拟输出数据。进一步的例子中，前述冗余电路中，从CPU通过将自身运算得到的多路模拟输出数据与通过CAN通信得到的主CPU运算得到的多路模拟输出数据相比较的结果是否超过设定的误差阈值来决定是否接管主工作电路。进一步的例子中，前述冗余电路中，响应于前述比较结果超出设定的误差阈值，前述从CPU通过CAN通信向主CPU发送中断指令使其停机，并同时接管主CPU的工作，由该从CPU进行系统输出。进一步的例子中，前述冗余电路中，从CPU按照设定的采样频率来读取主CPU运算得到的多路模拟输出数据，以与从CPU的运算数据进行比较。进一步的例子中，前述主工作电路中，各电路具体包括：主CPUSTM32F107，A/D转换芯片A/D7606BSTZ，D/A转换芯片D/AC8544，CAN收发器SN65HVD230/231D，以太网控制器ENC28J60A；冗余电路采用与前述主工作电路相同的芯片。进一步的例子中，主工作电路采用两路8位A/D采集电路和两路8位D/A转换电路，使用数据锁存器对主CPUSTM32F107端口复位使用。本实用专利技术与现有技术相比，其显著优点：1)原理简单，体积重量小。整块控制板的大小为80*80mm。2)本专利技术采用“热备份”冗余技术，就是两个CPU模块同时在线工作，一个主CPU模块，一个从CPU，主CPU按照系统要求正常工作，从CPU模块处于热备份状态，实时监控主CPU模块工作状态，一旦检测到主CPU模块出现故障，从CPU模块便可自动接管主CPU模块工作，系统可不受停机损失。该冗余技术中，从CPU模块和主CPU模块拥有完全相同的系统输入，唯一区别在于从CPU模块不具备系统输出功能，只有当主CPU模块出现故障时，从CPU模块才接替主CPU模块并产生系统输出。“热备份”省去了系统停机时间，系统故障时可无间断运行，可靠性高。3)本专利技术具有以太网接入功能，可以进行远程的数据传输，实时监测以及控制功能。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1为本专利技术冗余控制器的系统总体结构图。图2为本专利技术主工作电路CPU外围线路图。图3为本专利技术主工作电路A/D芯片外围线路图。图4为本专利技术主工作电路D/A芯片外围线路图。图5为本专利技术冗余电路A/D芯片外围线路图。图6为本专利技术冗余电路D/A芯片外围线路图。图7为本专利技术中以太网的外围线路图。图8为本专利技术主工作电路CAN通信电路图。图9为本专利技术冗余电路CAN通信电路图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用。结合图1所示，根据本专利技术的实施例，一种双CPU的冗余控制器，包括电源电路、主工作电路和冗余电路，电源电路用于向主工作电路和冗余电路提供工作电压供应。主工作电路与冗余电路之间通过CAN总线进行通信并使用跳线连接。结合图1，主工作电路包括主CPU、第一A/D转换芯片、第一D/A转换芯片、第一CAN收发器以及第一以太网控制器，A/D转换芯片、D/A转换芯片、CAN收发器以及以太网控制器均与主CPU连接，一A/D转换接口与第一A/D转换芯片连接，一D/A转换接口与第一D/A转换芯片连接。冗余电路包括从CPU、第二A/D转换芯片、第二D/A转换芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双CPU的冗余控制器，其特征在于，包括电源电路、主工作电路和冗余电路，电源电路用于向主工作电路和冗余电路提供工作电压供应，主工作电路与冗余电路之间通过CAN总线进行通信并使用跳线连接，其中：主工作电路包括主CPU、第一A/D转换芯片、第一D/A转换芯片、第一CAN收发器以及第一以太网控制器，A/D转换芯片、D/A转换芯片、CAN收发器以及以太网控制器均与主CPU连接，一A/D转换接口与第一A/D转换芯片连接，一D/A转换接口与第一D/A转换芯片连接；冗余电路包括从CPU、第二A/D转换芯片、第二D/A转换芯片、第二CAN收发器以及第二以太网控制器，冗余电路采用与前述主工作电路相同的结构和连接；主工作电路和冗余电路具有相同的系统输入，并且当主工作电路正常运行时，冗余电路处于“热备份”的冗余状态，仅由主工作电路产生系统输出，而冗余电路不产生系统输出；该冗余电路通过CAN总线实时监控主CPU的工作状态，并且检测到主CPU出现故障时，冗余电路自动接管主工作电路的主CPU的工作，产生系统输出。

【技术特征摘要】
1.一种双CPU的冗余控制器，其特征在于，包括电源电路、主工作电路和冗余电路，电源电路用于向主工作电路和冗余电路提供工作电压供应，主工作电路与冗余电路之间通过CAN总线进行通信并使用跳线连接，其中：主工作电路包括主CPU、第一A/D转换芯片、第一D/A转换芯片、第一CAN收发器以及第一以太网控制器，A/D转换芯片、D/A转换芯片、CAN收发器以及以太网控制器均与主CPU连接，一A/D转换接口与第一A/D转换芯片连接，一D/A转换接口与第一D/A转换芯片连接；冗余电路包括从CPU、第二A/D转换芯片、第二D/A转换芯片、第二CAN收发器以及第二以太网控制器，冗余电路采用与前述主工作电路相同的结构和连接；主工作电路和冗余电路具有相同的系统输入，并且当主工作电路正常运行时，冗余电路处于“热备份”的冗余状态，仅由主工作电路产生系统输出，而冗余电路不产生系统输出；该冗余电路通过CAN总线实时监控主CPU的工作状态，并且检测到主CPU出现故障时，冗余电路自动接管主工作电路的主CPU的工作，产生系统输出。2.根据权利要求1所述的双CPU的冗余控制器，其特征在于，前述的主工作电路和冗余电路具有相同的多路模拟输入，并且进行相同的数据运算操作，并且在主工作电路正常工作时，从CPU中处理得到的多路模拟输出数据并不对外输出，只是用来监测主CPU处理得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯润民，赵荣，侯远龙，高强，王力，陈机林，童仲志，王超，张同杰，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32