基于硬件仲裁的余度设计在供电处理机上的应用电路及方法技术

本发明专利技术公开基基于硬件仲裁的余度设计在供电处理机上的应用电路，电路主要由信号接口板、主控信号处理单元、备份信号处理单元、仲裁单元及显示屏控板组成，主控信号处理单元具有独立的CPU最小系统及其BIT检测电路，仲裁单元根据来自主控信号处理单元的BIT信息来判断主控信号处理单元的工作状态；若判断主控信号处理单元处于有效状态，则保持主控信号处理单元作为唯一工作的信号处理单元；若判断主控信号处理单元处于失效状态，则仲裁单元制进行仲裁并将仲裁结果分别送到信号接口板和显示屏控板，将备份信号处理单元作为新的唯一工作的信号处理单元。

【技术实现步骤摘要】
基于硬件仲裁的余度设计在供电处理机上的应用电路及方法
本专利技术涉及基于硬件仲裁的余度设计在供电处理机上的应用电路及方法。
技术介绍
供电处理机是自动配电系统的核心设备，其性能关系到整个飞机的负载供电优劣，甚至其可靠性会影响到飞行任务的执行。目前，提升供电处理机的性能和任务可靠性指标，通常采用余度设计。基于软件仲裁的余度控制因其实时性差、可靠性低等原因，容易发生竞争等故障而失效，但基于硬件仲裁的余度控制技术，则可以避免类似问题发生，其可靠性也得到大大提高。
技术实现思路
本专利技术提供一种新型的基于硬件仲裁的余度设计在供电处理机上的应用电路及方法。为了实现这一目的，本专利技术的技术方案如下：基于硬件仲裁的余度设计在供电处理机上的应用电路，其特征在于，电路主要由信号接口板、主控信号处理单元、备份信号处理单元、仲裁单元及显示屏控板组成，主控信号处理单元具有独立的CPU最小系统及其BIT检测电路，主控信号处理单元分别与信号接口板及显示屏控板连接，而备份信号处理单元同样具有独立的CPU最小系统及其BIT检测电路，备份信号处理单元分别与信号接口板及显示屏控板连接，仲裁单元根据来自主控信号处理单元的BIT信息来判断主控信号处理单元的工作状态；若判断主控信号处理单元处于有效状态，则保持主控信号处理单元作为唯一工作的信号处理单元；若判断主控信号处理单元处于失效状态，则仲裁单元制进行仲裁并将仲裁结果分别送到信号接口板和显示屏控板，将备份信号处理单元作为新的唯一工作的信号处理单元。基于硬件仲裁的余度设计在供电处理机上的应用方法，包含有，步骤S1，提供上述应用电路；步骤S2，仲裁单元的仲裁依据是两个信号处理单元的BIT信息，BIT检测电路包括功能单元最小系统的外围设备电路检测、各电压检测、各发热点的温度检测、软件看门狗检测、信号接口板PCI接口通讯检测、显示屏控板串口通讯检测等部分，同时信号处理单元也可从仲裁单元获得系统其它部分BIT信息；步骤S3，仲裁单元根据两个信号处理单元送来的各自BIT信息来做出裁决，根据FMEC分析，选取严重影响CPU系统任务运行的BIT来做出仲裁判断，选取的关键BIT如下：软件有效：看门狗表征的是主控信号处理单元的软件有效性，当CPU喂狗出现故障，表示主控信号处理单元的软件运行出现故障，需要立即切换到备份信号处理单元；接口板PCI有效：与接口板的PCI总线担负数据的输入输出是系统尤其关键的通道，当主控信号处理单元与接口板的PCI总线故障时，主控信号处理单元将无法采集和收发数据，需要立即切换到备份信号处理单元；屏控板串口有效，与屏控板的RS422A串行通信担负显示数据的传送和按键信息的传递，同样是一个关键通道，当主控信号处理单元与屏控板的RS422A通信故障时，主控信号处理单元将无法接收按键信息和输出显示数据，需要立即切换到备份信号处理单元；步骤S4，仲裁单元制进行仲裁并将仲裁结果送到两个信号处理单元和信号接口板、显示屏控板。除了上面所描述的本专利技术解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果之外，本专利技术所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将结合附图作出进一步详细的说明。附图说明图1为本专利技术一实施例的结构示意图。图2为本专利技术一实施例中主控部分的结构示意图。图3为本专利技术一实施例的工作原理图。图4为本专利技术一实施例的流程图。具体实施方式下面通过具体的实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。为提高供电处理机的任务可靠性，依据系统功能，采用了基于硬件仲裁的双余度设计应用。整机的信号处理分为3个控制单元：信号接口板、信号处理板(信号处理单元、备份信号处理单元)、显示屏控板。整机系统如图1所示。信号处理单元双机热备份冗余设计，具有两个完全独立的CPU最小系统及其BIT检测电路。仲裁电路根据CPU单元的BIT信息来判断CPU单元的工作状态，当仲裁单元根据BIT信息判断主控CPU单元失效时根据仲裁机制进行仲裁，仲裁结果分别送到信号接口板和显示屏控板，将当前新的主控CPU的输出作为有效输出。本专利技术所述的基于硬件仲裁的余度设计应用，包括以下步骤：步骤一：仲裁单元的仲裁依据是每个信号处理单元BIT信息。CPU单元BIT电路包括功能单元最小系统的外围设备电路检测、各电压检测、各发热点的温度检测、软件看门狗检测、信号接口板PCI接口通讯检测、显示屏控板串口通讯检测等部分，同时信号处理单元也可从仲裁单元获得系统其它部分BIT信息。信号处理板BIT如下图2所示。步骤二：仲裁单元根据两个CPU单元送来的各自单元BIT来做出裁决，根据FMEC分析，选取严重影响CPU系统任务运行的BIT来做出仲裁判断，选取的关键BIT如下：◆软件有效看门狗表征的是本CPU单元的软件有效性，当CPU喂狗出现故障，表示本CPU的软件运行出现故障，需要立即切换到备份CPU单元；◆接口板PCI有效与接口板的PCI总线担负数据的输入输出是系统尤其关键的通道，当本CPU单元与接口板的PCI总线故障时，本CPU单元将无法采集和收发数据，需要立即切换到备份CPU单元；◆屏控板串口有效与屏控板的RS422A串行通信担负显示数据的传送和按键信息的传递，同样是一个关键通道，当本CPU单元与屏控板的RS422A通信故障时，本CPU单元将无法接收按键信息和输出显示数据，需要立即切换到备份CPU单元。仲裁原理如下图3所示，其中送到两个CPU和信号接口板、显示屏控板的仲裁结果是FPGA中的一套寄存器，FPGA内部分别连线到不同管脚，送到各个单元的仲裁结果是唯一的。步骤三：当满足其中的一路发生的故障时，产生仲裁选择信号，完成CPU的切换，具体切换机制见下表。仲裁使用BIT信号采用优先级管理方法，CPU软件看门狗复位BIT为一级，PCI的BIT为二级，RS422A的BIT为三级。当一级BIT有一个失效时，则由另外一个单元主控；当一级BIT均未失效时，依二级BIT裁决，当二级BIT有一个失效时，则由另外一个单元主控；当一级BIT、二级BIT均未失效时，依三级BIT裁决，当三级BIT有一个失效时，则由另外一个单元主控。屏控板，其中1路为备份仲裁结果信号。仲裁结果输出`采用两种频率的方波：10KHz和20KHz。其中，10KHz信号表示当前主控为CPUA，20KHz信号表示当前主控为CPUB，备份仲裁结果输出相同的仲裁信号，当主仲裁输出结果为无效信号，则使用冗余备份的仲裁输出结果。步骤四：仲裁单元的仲裁结果主要影响的是系统的输出，包括接口板的RS422输出，离散量的输出和显示屏控板的显示输出。为了避免在输出到一半的时候出现CPU故障产生切换造成的输出数据错误，可以将CPU的输出任务作为一个独立任务，输出前设置输出起始标志给输出单元，当输出完成时设置输出完成标志，输出起始标志和输出完成标志保存在输出单元的FPGA中。当发生CPU仲裁切换时，信号接口板和显示屏控接收到仲裁结果后首先判断输出完成标志，如果没有正常完成输出(有起始标志，无完本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于硬件仲裁的余度设计在供电处理机上的应用电路，其特征在于，电路主要由信号接口板、主控信号处理单元、备份信号处理单元、仲裁单元及显示屏控板组成，主控信号处理单元具有独立的CPU最小系统及其BIT检测电路，主控信号处理单元分别与信号接口板及显示屏控板连接，而备份信号处理单元同样具有独立的CPU最小系统及其BIT检测电路，备份信号处理单元分别与信号接口板及显示屏控板连接，仲裁单元根据来自主控信号处理单元的BIT信息来判断主控信号处理单元的工作状态；若判断主控信号处理单元处于有效状态，则保持主控信号处理单元作为唯一工作的信号处理单元；若判断主控信号处理单元处于失效状态，则仲裁单元制进行仲裁并将仲裁结果分别送到信号接口板和显示屏控板，将备份信号处理单元作为新的唯一工作的信号处理单元。

【技术特征摘要】
1.基于硬件仲裁的余度设计在供电处理机上的应用电路，其特征在于，电路主要由信号接口板、主控信号处理单元、备份信号处理单元、仲裁单元及显示屏控板组成，主控信号处理单元具有独立的CPU最小系统及其BIT检测电路，主控信号处理单元分别与信号接口板及显示屏控板连接，而备份信号处理单元同样具有独立的CPU最小系统及其BIT检测电路，备份信号处理单元分别与信号接口板及显示屏控板连接，仲裁单元根据来自主控信号处理单元的BIT信息来判断主控信号处理单元的工作状态；若判断主控信号处理单元处于有效状态，则保持主控信号处理单元作为唯一工作的信号处理单元；若判断主控信号处理单元处于失效状态，则仲裁单元制进行仲裁并将仲裁结果分别送到信号接口板和显示屏控板，将备份信号处理单元作为新的唯一工作的信号处理单元。2.基于硬件仲裁的余度设计在供电处理机上的应用方法，其特征在于，包含有，步骤S1，提供权利要求1所述的应用电路；步骤S2，仲裁单元的仲裁依据是两个信号处理单元的BIT信息，BIT检测电路包括功能单元最小系统的外围设备电路检测、各电压检测、各发热点的温度检测、软件看门...

【专利技术属性】
技术研发人员：金宝俊，
申请(专利权)人：上海航空电器有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31