一种基于数据同步控制器的主控单元热备份系统和实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数据同步控制器的主控单元热备份系统和实现方法，由两块结构相同的主控板、母板和一个以上业务板组成；主控板的数据和地址总线、控制信号通过母板与业务板的数据和地址总线、控制脚相连，主控板和业务板均通过接插件固定在母板上，主控板负责与业务板通信，并控制整个系统。通过硬件电路并结合软件方式，实现一种可靠的主控单元热备份，提高主用主控板和备用主控板之间的同步效率和可靠性，系统运行后的数据／状态更新过程由硬件完成，系统上电初始化后无需软件通过发送“数据消息”的形式完成数据／状态更新，提高了系统资源利用率，降低了系统软件的复杂程度，增强主／备状态同步的实时性，而且不影响正常的通信业务。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种工业控制领域的通讯设备，尤其涉及一种基于数据同步控 制器的主控单元热备份系统。技术背景在通讯领域，对通讯系统的可靠性要求非常高，要求无论在何种情况下， 业务必须是畅通的。主控单元作为整个系统核心， 一旦出现故障，必将导致整 个系统运转不正常，业务随即中断。主控单元热备份技术的出现能够很好的解决上述问题，采用"1 + 1"备份 模式，当主控单元的主用主控板出现故障时，系统自动将原主用主控板与整个 系统切断，原备用主控板自动切换为主用主控板，保证了通讯业务不被中断。在传统的主控单元热备份技术中，大多数采用软备份方式，主控板的中央处理器(CPU)与备用主控板的中央处理器(CPU)之间通过发送"数据消息"的形式实现数据备份。当通讯系统业务量大时，很有可能因传输"消息"过多 而中断正常的业务，降低了系统的可靠性。此外，如果系统增加了新的业务类 型，主用主控板与备用主控板之间的消息类型也要增加，从而增加了系统软件 的复杂程度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了提高主控单元热备份系统的状态同步可靠性、实 时性和有效性，最大限度的保护业务不被中断、减少因主用主控板与备用主控 板之间传递消息消耗的主控单元CPU (中央处理器)资源、降低系统软件复杂程度，提供一种新型的一种基于数据同步控制器的主控单元热备份实现方法和 系统。本专利技术所述的基于数据同步控制器的主控单元热备份系统由两块结构相同的主控板、母板和一个以上业务板组成；主控板的数据、地址总线、控制信 号通过母板与各业务板的数据地址总线、控制脚相连，主控板和各业务板均通 过接插件固定在母板上，作为主用的主控板负责与业务板通信，并控制整个系 统；两块主控板均由中央处理器(CPU)、主备仲裁单元、总线隔离器、数据同 步控制器组成；中央处理器(CPU):控制整个主控板，中央处理器的数据总线、 地址总线和读写、片选信号分别与本主控板的总线隔离器和数据同步控制器连接，中央处理器设有一个引脚，该引脚输出一个脉冲心跳信号至主备仲裁单元， 供主备仲裁单元检测CPU工作是否正常工作；主备仲裁单元用于确定两块主 控板的主用和备用关系；系统运行时，用于检测本主控板的心跳信号是否正常； 当本主控板工作不正常时，本主控板CPU的立即停止输出心跳信号，此时本主 备仲裁单元通知本总线隔离器切断主用主控板与整个系统的电气连接，并将主 控板设置为告警状态，同时将原备用主控板升级为主用主控板，并通知升级为 主用主控板的新主用主控板的总线隔离器打开本主控板与系统的电气连接，由 新主用主控板接管整个系统，保证了业务的不间断正常运行；总线隔离器用于打开/关闭主控板与母板之间的电气连接。总线隔离器有两个端口，两个端 口之一与本主控板的中央处理器的数据、地址总线和控制信号相连，另一端口则与业务板的数据、地址总线和控制信号相连，总线隔离器的使能信号与本主 控板的主备仲裁单元相连，当总线使能信号有效时，两个端口打通，方向控制 信号控制总线隔离器的两个端口的数据流向，当方向控制信号为高时，数据流 方向是一个端口流向另一端口，反之则数据流向相反；数据同步控制器用于 主用主控板和备用主控板之间数据同步，业务板数据到达主用主控板时，数据 同步控制器将新业务数据同时传输至备用主控板，使主用主控板与备用主控板 之间所获得业务数据的时间严格同步，主用主控板和备用主控板同时获得业务 新数据后，执行完全相同的处理流程，使得主用主控板和备用主控板的状态一 致，完成了主用主控板和备用主控板状态同步。本专利技术所述的主控板的数据同步控制器均采用硬件实现，可以同步并行总 线数据，分别具有两个独立的用于数据读写、地址选通和信号控制的总线端口。本专利技术还提供了一种基于数据同步控制器的主控单元热备份系统主控单 元热备份方法，包括以下步骤(a) 系统上电， 一主备仲裁单元根据系统状态确定本板的主用、备用状态主备仲裁单元首先判断对方主控板是否为主用状态，如果对方主控板已 为主用状态，则主备仲裁单元无条件将本主控板置为备用状态，如果对方主控 板为备用状态，本主备仲裁单元检测中央处理器的"心跳信号是否正常"，如 果正常，则将本主控板置为主用状态；反之，将本主控板置为备用状态，并告 警提示本主控板故障；(b) 相对应的总线隔离器根据主用或备用关系打开或关闭本主控板与母 板之间的总线电气连接处于主用状态中的主控板打开本主控板总线隔离器，本主控板的总线隔离 器两个端口被打通，即中央处理器的数据、地址总线和控制信号与业务板数据、地址总线和控制引脚连通，处于主用状态中的主控板获得了整个外部总线的操作权，可以控制整个系统；同时，本主控板的主备仲裁单元关闭本板数据同步 控制器的数据读写、地址选通端口，使处于主用状态中的主控板只能从外部数 据总线获取数据；另一主控板则为备用状态，本主控板的主备仲裁单元关闭本主控板的总线 隔离器，本总线隔离器的两个端口均被阻断，即本板的中央处理器的数据、地 址总线和控制信号与业务板数据、地址总线和控制引脚阻断，备用状态的主控 板放弃整个外部总线的操作权，无法控制整个系统；同时，备用状态的主控板 主备仲裁单元打开本主控板的数据同步控制器的数据读写、地址选通端口，使 得本板数据同步控制器的端口数据生效，使备用状态的主控板可以从本主控板 的数据同步控制器的数据读写、地址选通端口获取数据；(c) 备用主控板上电后，主动与主用主控板联络，请求主用主控板发送 "系统状态信息"；(d) 主用主控板收到备用主控板发来的"请求发送系统状态"命令后， 启动"初始数据传输模块"将系统状态信息发送至备用主控板；(e) 备用主控板启动"初始数据接受模块"接收主用主控板发送的状态 数据，完成备用主控板状态初始化，使其状态与主用主控板一致；(f) 在步骤上述完成之后，备用主控板的数据同步控制器的数据读写、 地址选通端口将主用主控板从业务板获取的数据存入备用主控板的数据同步 控制器，供备用主控板从本板数据同步控制器数据读写、地址选通端口读取本 数据，备用主控板与主用主控板获取的数据相同，故主用主控板与备用主控板 则执行完全相同的数据处理流程，实现主控单元的主用主控板和备用主控板状 态同步。(g) 当主用主控板的主备仲裁单元检测到本主控板工作异常时，即当主 用主控板中央处理器的心跳信号停止时，主用主控板的主备仲裁单元通知本主 控板的总线隔离器切断本主控板与外部数据、地址总线和控制信号，并将本主 控板置为备用状态，并告警提示本主控板故障；(h) 备用主备仲裁单元检测检测到主用主控板转为备用状态时，立即将 本主控板置为主用状态，同时，本主控板的主备仲裁单元使能本板的总线隔离 器，本主控板总线隔离器两个端口均被打通，即本主控板的中央处理器的数据、 地址总线和控制信号与业务板数据、地址总线和控制引脚连通，本主控板获得 了整个外部总线的操作权，可以控制整个系统；同时，本主控板的主备仲裁单 元关闭其数据同步控制器的数据读写地址端口使能信号，本数据同步控制器的 控制端口数据无效，使本主控板只能从外部数据总线获取数据，本主控板升级为主用主控板，接替原主用主控板继续工作，控制整个系统。本专利技术方法中所述的系统状态信息包括环路中继申请状态，数字中继状态。本专利技术所述系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数据同步控制器的主控单元热备份系统，其特征在于：由两块结构相同的主控板（Ａ、Ｂ）、母板和一个以上业务板组成；主控板（Ａ、Ｂ）的数据、地址总线、控制信号通过母板与各业务板的数据地址总线、控制脚相连，主控板（Ａ、Ｂ）和各业务板均通过接插件固定在母板上，作为主用的主控板负责与业务板通信，并控制整个系统；　两块主控板均由中央处理器（ＣＰＵ）、主备仲裁单元、总线隔离器、数据同步控制器组成；　中央处理器（ＣＰＵ）：控制整个主控板，中央处理器的数据总线、地址总线和读写、 片选信号分别与本主控板的总线隔离器和数据同步控制器连接，中央处理器设有一个引脚，该引脚输出一个脉冲心跳信号至主备仲裁单元，供主备仲裁单元检测ＣＰＵ工作是否正常工作；　主备仲裁单元：用于确定两块主控板的主用和备用关系；系统运行时，用于检 测本主控板的心跳信号是否正常；当本主控板工作不正常时，本主控板ＣＰＵ的立即停止输出心跳信号，此时本主备仲裁单元通知本总线隔离器切断主用主控板与整个系统的电气连接，并将主控板设置为告警状态，同时将原备用主控板升级为主用主控板，并通知升级为主用主控板的新主用主控板的总线隔离器打开本主控板与系统的电气连接，由新主用主控板接管整个系统，保证了业务的不间断正常运行；　总线隔离器：用于打开／关闭主控板与母板之间的电气连接。总线隔离器有两个端口，两个端口之一与本主控板的中央处理器的数 据、地址总线和控制信号相连，另一端口则与业务板的数据、地址总线和控制信号相连，总线隔离器的使能信号与本主控板的主备仲裁单元相连，当总线使能信号有效时，两个端口打通，方向控制信号控制总线隔离器的两个端口的数据流向，当方向控制信号为高时，数据流方向是一个端口流向另一端口，反之则数据流向相反；　数据同步控制器：用于主用主控板和备用主控板之间数据同步，业务板数据到达主用主控板时，数据同步控制器将新业务数据同时传输至备用主控板，使主用主控板与备用主控板之间所获得业务数据的时间严格 同步，主用主控板和备用主控板同时获得业务新数据后，执行完全相同的处理流程，使得主用主控板和备用主控板的状态一致，完成了主用主控板和备用主控板状态同步。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王立雄，邹国民，黄飞飞，吴伟，查洪球，
申请(专利权)人：江西联创通信有限公司，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]