高安全性冗余缓冲队列实现方法技术

本发明专利技术旨在提供一种高安全性冗余缓冲队列实现方法，包括数据上报过程和数据下发过程，其中数据上报过程按下述步骤实现：内比较域设定步骤、预处理步骤、计算外比较域边界步骤、数据比对步骤、数据上报步骤；其中数据下发过程按下述步骤实现：数据比较步骤、上报错误步骤、下发数据步骤。本发明专利技术通过软件增加二级比较区域，改进利用系统上报中断集中比较方式，它能够提供高效安全的缓冲比较功能，同时还可以有效降低延时到达数据丢失的概率。

High security redundant buffer queue implementation method

The invention aims to provide a high security redundant buffer queue implementation method, including the process of data reporting and data process, the data reporting process according to the following steps: comparison within the domain setting steps, preprocessing steps and calculation steps, more boundary data than on steps, data reporting and implementation steps; according to the following steps the process in which data: data comparison, error reporting procedures and steps to send the data to the steps. The present invention through the software to increase the two grade comparison area, improve the utilization system of reporting interruption comparison method, it can provide a safe and efficient buffer function, but also can effectively reduce the delay of data loss probability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多重算运算冗余系统，具体地讲，是一种高安全性冗余缓冲队 列的实现方法。技术背景在一些涉及重大人身和设备安全的自动控制系统领域，要求系统具有极高的安 全性，为此，通常在需要设置多个运算通道进行相同的计算，防止在使用单个运算 通道时候，由于软硬件及通信的单点故障而影响系统的安全性。因而多重运算冗余 系统也因此应运而生。以二取二冗余系统为例，在一个系统中设置两套运算设备， 都分别与外部和本地现场端口有通信通道，并且运算设备之间有通信通道。所有通 信数据或采集数据到达后都需要缓冲和比较，比较相一致的才进行运算，运算的结 果在送到现场控制电路和其它设备之前也需要进行比较，以冗余的运算来保证高安 全性。由此，传统的缓冲队列已无法满足高安全性的需求。实现高安全性冗余缓冲队列的核心技术是在绝对大同步(中断方式)的基础上 实现复杂通信的同步比较，既不能让未经比较的通信数据上报或下发，也不能让冗 余的通讯数据(主要是无法控制的通信对端数据)由于在各通道中到达的顺序和时 间的小差异被系统的绝对同步丢弃。实现高安全性冗余缓冲队列进行数据比较的方 式有两种 一种是即时比较，即冗余的通信数据一旦进入缓冲就立刻从相对应的队 列中寻找对应的数据进行比较，系统的上报中断仅被用来对正确数据上报操作的同 步。该种方式的好处是比较操作及时，而且比较操作以数据的到达触发管理较容易。 但这种方式冗余操作较多，要对每一个数据进行多次遍历比较，系统有效使用时间 将受到影响。并且对孤独数据(对应数据丢失)的老化判断较为复杂。另一种方式 是利用系统上报中断集中进行比较。在上报中断到来时刻设置比较域，集中比较比 较域中的数据。该种方式在比较操作有滞后，但能够满足系统的同步要求，大部分数据只需进行一次遍历比较，但该种方式受同步信号精度影响较大，在同步时刻前后到达的数据可能被丢弃。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种高安全性冗余缓冲队列的实现方法，它通过软件增 加二级比较区域即外比较域，改进利用系统上报中断集中比较方式，它能够提供高 效安全的缓冲比较功能，同时还可以有效降低延时到达数据丢失的概率。本专利技术是通过以下技术方案实现的其特征在于包括数据上报过程和数据下发 过程，其中数据上报过程按下述步骤实现(1) .内比较域设定步骤在冗余对应的两个队列内，从上一周期上报中断到本 周期上报中断间收到的数据和本周期主动查询的数据组成内比较域；(2) .预处理步骤将内比较域中做了避错操作的数据，处理为正常数据；(3) .计算外比较域边界步骤外比较域的大小由前周期外比较域大小和前周期 丢弃数据情况决定，外比较域初始大小为内比较域的十分之一大小，前一周期由于 序号缺失每丢弃一个数据项则外比较域大小加一，前一周期没有丢弃数据项则外比 较域大小减一，最小为0;(4) .数据比对步骤在所述内比较域内査找所述两个队列各自序号对应的数据 项，数量和序号都一致则进行内容比对，不一致则扩展到外比较域寻找对应数据项； 所有数据项都找到则进入内容比对，仍有孤独数据项则上报其序号的缺失错误，内 容比对不一致的项上报其序号的内容错误；(5) .数据上报步骤最后将正确数据项按序号从小到大上报并从两队列中删除 内比较域中的数据和外比较域中的已上报数据。其中数据下发过程按下述步骤实现-1) .数据比较步骤首先对内比较域内的两安全队列的数据数量、数据序号、数 据内容进行比较；2) .上报错误步骤对序号缺失、孤独数据、内容不符数据上报错误；3) .下发数据步骤将下发数据按序号从小到大下发并清空所有下发缓冲队列。所有的程序使用标准c语言编写，具有较强的可移植性。本专利技术相对于现有技术具有以下技术效果1. 本专利技术以多传统环形缓冲队列为基础，通过增加二级比较区域改进利用系统 上报中断集中比较的方式，它能够提供高效安全的缓冲比较功能。2. 本专利技术可以有效降低延时到达数据被丢弃的概率。3. 本专利技术使用标准C语言编写，具有极强的可移植性，可匹配多种同步或异步的冗余通信通道，配置灵活，实用性高。 附图说明图1是本专利技术的安全缓冲队列示意图；图2是本专利技术的缓冲队列上报流程图； 图3是本专利技术的缓冲队列下发流程图；图4是本专利技术的应用环境二取二安全冗余系统的工作流程图； 图5是本专利技术的缓冲队列初始化流程图； 图6是本专利技术实施例的缓冲队列上报示意图； 图7是本专利技术实施例的缓冲队列下发示意图。具体实施方式下边结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步地描述本专利技术的基本原理如图l所示在环形缓冲队列基础上，配置队列间的安全冗 余关联，设定比较域和增加比较功能。独立的缓冲队列功能节点可由同一个任务进 行统一管理。正常情况下冗余对应的两个队列内比较域内的数据数量、数据序号、 数据内容应该完全一致，但由于异常情况造成不一致时能由扩充外比较域获得相同 的数量和序号，通过比较功能防止内容不一致的数据上报或下发而影响系统的安全 性。基于上述原理，每一个工作周期中上报安全冗余缓冲队列比较的是从上一周期 上报中断到本周期上报中断间收到的数据和本周期主动查询的数据，数量和序号不 一致时扩充外比较域进一步寻找，外比较域的大小由前周期外比较域大小和丢弃数 据情况决定，具体策略是外比较域初始大小为内比较域的十分之一大小，前一周 期由于序号缺失每丢弃一个数据项则外比较域大小加一，前一周期没有丢弃数据项 则外比较域大小减一 (最小为0)，扩充外比较域操作仍未找到的数据项为孤独数据将被丢弃并上报该数据项的序号缺失错误。数量和序号一致或扩充外比较域操作 后对对应序号数据项进行内容比较，内容相同则按序号从小到大上报数据，否则上 报该序号数据错误。安全冗余缓冲队列上报过程中对外部数据到来的顺序、数量、密度完全不可控。管理相对复杂，流程如图2所示，当本工作周期上报中断到达时进入上报流程，首 先根据中断到达时刻设定内比较域，第二步预处理主动査询获得的数据(由于查询 数据有些做了取反等避错操作需要处理为正常数据)，第三步计算外比较域边界， 第四步在内比较域内查找序号对应数据项，数量和序号都一致则进行内容比对，不 一致则扩展到外比较域找寻对应项，都找到则进入内容比对，仍有孤独数据项则上 报其序号的缺失错误，内容比对不一致的项上报其序号的内容错误，最后将正确项 按序号从小到大上报并从队列中删除内比较域中的数据和外比较域中的已上报数 据。由于下发过程是设备本端行为，与上报过程相比，在下发过程可以通过改善本 机性能和限制应用等手段控制下发数据数量和密度，数据在安全冗余缓冲队列中的 顺序也可以得到保证，下发数据可控制在内比较域，所以过程相对简单。流程如图 3所示，当本工作周期下发中断到达时进入下发流程，首先对安全队列的数据进行 比较，对序号缺失、孤独数据、内容不符数据上报错误，最后将下发数据按序号从 小到大下发并清空所有下发缓冲队列。本专利技术使用标准C语言编写，具有极强的可移植性，并可匹配多种同步或异步 的冗余通信通道，配置灵活，实用性高。实施例以二取二安全冗余系统为例。为了便于实施例讲解先介绍一下该冗余 安全系统的工作机制，该安全系统由工作同步中断驱动，如图4所示在系统初始 化完成后数据管理部分(左边)和外部数据接收部分(右边)两个并行工作同时进 行。左边是由定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高安全性冗余缓冲队列实现方法，其特征在于包括数据上报过程和数据下发过程，其中数据上报过程按下述步骤实现：　（１）．内比较域设定步骤：在冗余对应的两个队列内，从上一周期上报中断到本周期上报中断间收到的数据和本周期主动查询的数据组成内比较域；　（２）．预处理步骤：将内比较域中做了避错操作的数据，处理为正常数据；　（３）．计算外比较域边界步骤：外比较域的大小由前周期外比较域大小和前周期丢弃数据情况决定；　（４）．数据比对步骤：在所述内比较域内查找所述两个队列各自序号对应的数据项，数量和序号都一致则进行内容比对，不一致则扩展到外比较域寻找对应数据项；所有数据项都找到则进入内容比对，仍有孤独数据项则上报其序号的缺失错误，内容比对不一致的项上报其序号的内容错误；　（５）．数据上报步骤：最后将正确数据项按序号从小到大上报并从两队列中删除内比较域中的数据和外比较域中的已上报数据。　其中数据下发过程按下述步骤实现：　１）．数据比较步骤：首先对安全冗余缓冲队列的内比较域内数据数量、数据序号、数据内容进行比较；　２）．上报错误步骤：对序号缺失、孤独数据、内容不符数据上报错误；　３）．下发数据步骤：将下发数据按序号从小到大下发并清空所有下发缓冲队列。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：束元，
申请(专利权)人：南京恩瑞特实业有限公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]