專利名稱：一種實現(xiàn)主備倒換的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通訊技術(shù)類，尤其涉及各種需要實現(xiàn)通信和控制的通訊設(shè)備中，其中的核心工作單元需要具有主備倒換功能。
背景技術(shù)：
在各種具有通信和控制的通訊設(shè)備中，常常采用各種總線的分布式的體系，從設(shè)備的可靠性等方面考慮，經(jīng)常需要其中的重要的核心控制工作單元具備主備倒換功能，通常會有兩個同樣的控制工作單元存在于這種分布式體系中，其中一個為主工作單元，其他的會處于備份狀態(tài)，也就是備份的單元處于上電等待狀態(tài)，一旦受保護的主工作單元出現(xiàn)故障，備份單元能夠自動進入工作狀態(tài)，代替失效的主用單元的功能，通常稱此過程為熱備份。
現(xiàn)有存在的技術(shù)中，要實現(xiàn)主要工作單元的主備倒換功能往往需要利用整個分布式的系統(tǒng)架構(gòu)，例如背板、其他受控工作單元等來配合才能實現(xiàn)，這就需要對背板和其他受控單元進行很大的改造，帶來成本上的增加。而且實現(xiàn)熱備份時往往帶來業(yè)務(wù)的中斷，不能自動的實現(xiàn)工作狀態(tài)和備用狀態(tài)的靈活遷移，不能在主備之間數(shù)據(jù)同步的基礎(chǔ)上快速實現(xiàn)倒換。在主備倒換發(fā)生的時候，往往會影響到系統(tǒng)中其他受控單元的工作，或者需要對其他單元的軟硬件結(jié)構(gòu)進行改變，以配合完成主備倒換的功能。因此這樣的主備倒換技術(shù)實現(xiàn)起來往往會造成設(shè)備的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且成本也相應(yīng)的增加。目前檢索到的一些專利，都增大了系統(tǒng)的復(fù)雜性，并沒有從根本上解決問題，相反還降低了系統(tǒng)的可靠性，或者給軟件帶來很大的實現(xiàn)難度，因此需要有一種能夠工作在分布式結(jié)構(gòu)中的主備倒換機制，多個控制單元能夠同時聯(lián)入總線，沒有主備單元的區(qū)別，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)1∶N的備份。
BSP是板級支持包(Bulletin Support Package)的簡稱，它將系統(tǒng)中與硬件直接相關(guān)的一層軟件獨立出來，這部分軟件是針對某個單板而設(shè)計的。BSP的主要功能在于配置系統(tǒng)硬件使其工作于正常的狀態(tài)，完成硬件與軟件之間的信息交互，為OS及上層應(yīng)用程序提供一個與硬件無關(guān)的軟件平臺。為滿足OS之上的應(yīng)用程序的需求而提供的一些外圍設(shè)備的驅(qū)動程序，如網(wǎng)口，HDLC控制器Driver等，這些驅(qū)動程序一般需要應(yīng)用程序通過OS層與BSP交互，當然可能還包括直接與應(yīng)用程序交互的一些硬件驅(qū)動，如對各種控制信號的存取、自定義的驅(qū)動程序接口等。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)雜性、高成本和低可靠性等缺點，本發(fā)明是基于分布式的結(jié)構(gòu)，多個相互通訊的單元組成的系統(tǒng)中，無論通信的數(shù)據(jù)和控制總線是采用何種通信方式和協(xié)議類型，比如ETHERNET、HDLC等的情況下，通過改變主、備工作單元的標識地址來實現(xiàn)核心工作單元的主備倒換。本發(fā)明屬于一種能夠工作在分布式結(jié)構(gòu)中的主備倒換機制，多個控制單元能夠同時連入總線，沒有主備單元的區(qū)別，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)1∶N的備份。
采用本方法，在故障發(fā)生時核心控制單元能夠在不影響系統(tǒng)中其他各被控制單元正常工作的情況下比較容易的快速實現(xiàn)主備倒換，并可以在故障排除之后自動實現(xiàn)回復(fù)。
本發(fā)明所述的運用BSP地址切換實現(xiàn)主備倒換的裝置由中央處理單元CPU、可編程邏輯電路、通信接口控制單元、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成。本發(fā)明的裝置中核心控制單元可以是兩個或者兩個以上同時連入總線，互為備份。
其中中央處理單元CPU通過通信接口控制單元利用數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)與各備份單元的數(shù)據(jù)同步，同時通過可編程邏輯電路來實現(xiàn)與各備份單元的檢測和控制功能。主用單元與備用單元之間使用控制總線來連接各自的控制總線，通過標定各自的主備狀態(tài)來控制本板軟件系統(tǒng)的工作，并使用數(shù)據(jù)總線來進行周期性的數(shù)據(jù)同步。在發(fā)現(xiàn)對方出現(xiàn)故障的時候，運用BSP地址的切換來實現(xiàn)主備倒換，并改變可編程電路的主備標識，備用單元開始承擔(dān)主用單元的工作，原來的主用單元則通過控制總線被復(fù)位并發(fā)出故障告警。
使用本發(fā)明，可以通過可編程控制電路上面的邏輯，實現(xiàn)多個單元同時連入總線，確立主備之間的狀態(tài)和檢測，控制與復(fù)位邏輯，以及多個備用單元之間的切換優(yōu)先級，適合各種分布式結(jié)構(gòu)。
使用本發(fā)明可以實現(xiàn)主備控制單元之間自動實現(xiàn)主備倒換和同步，而不影響系統(tǒng)其他受控單元的工作。
本發(fā)明的所述的方法的步驟如下過程一檢測、倒換過程第一步、初始化、確定主備單元；第二步、系統(tǒng)中其他受控工作單元依據(jù)BSP的地址與主用控制單元進行通信。
第三步、各控制單元通過其單元內(nèi)部的邏輯電路來進行檢測；第四步、正常工作時，主備單元之間通過數(shù)據(jù)總線周期性地進行數(shù)據(jù)同步備份；第五步、如果備用單元出現(xiàn)異常，則主用工作單元上面的可編程控制電路通過控制總線將備用單元復(fù)位，且指定其他工作正常的備用單元為備用單元，并發(fā)出告警，同時恢復(fù)到第二步；第六步、如果主用單元出現(xiàn)異常，則備用單元上面的可編程控制電路將主用單元的狀態(tài)降為備用，同時復(fù)位該單元，將自己的狀態(tài)設(shè)位主，地址改為主用地址，禁止自己的通信端口，按主用狀態(tài)代表的地址重新使能的自己的通信端口，同時發(fā)出告警，回到第二步；第七步、原主用單元復(fù)位后檢測總線中是否有主用單元，如果沒有自己繼續(xù)執(zhí)行主用功能，否則變?yōu)閭溆脝卧?，按照備用狀態(tài)來確定自己的地址和各通信端口的狀態(tài)，回復(fù)到第二步。
過程二、自動恢復(fù)過程在過程一的上添加下面步驟第八步、主用單元恢復(fù)正常時，主備數(shù)據(jù)完成同步，主備單元完成狀態(tài)置換和地址修改。返回步驟第二步。
本發(fā)明的方法不排除強制倒換過程。
采用本發(fā)明所述方法和裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采取了運用BSP的地址技術(shù)措施，在故障發(fā)生時能夠在不影響系統(tǒng)正常工作的情況下實現(xiàn)倒換。并可以在故障排除之后自動實現(xiàn)回復(fù)。通過這樣一種能夠工作在分布式結(jié)構(gòu)中的主備倒換機制，多個控制單元能夠同時聯(lián)入總線，沒有主備單元的區(qū)別，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)1∶N的備份，因此可以實現(xiàn)對系統(tǒng)進行靈活的升級，最大限度的保證原有背板和工作單元不動，各個工作單元可以獨立升級，實現(xiàn)熱備份。
采用本方法，可以不僅僅對系統(tǒng)中的關(guān)鍵單元進行備份，任何單元都可以在不影響背板和其他單元的結(jié)構(gòu)的情況下，實現(xiàn)熱備份。備用單元也可以互相備份，競爭上崗。
采用本方法，任何一個單元發(fā)生主備倒換，都不影響到其他單元的正常運行，甚至可以不知曉，也可以獨立發(fā)出報警。
采用本方法，可以快速的進行地址切換，切換時間短，同時包括了數(shù)據(jù)同步過程，對原有的軟件和硬件系統(tǒng)的改造要求非常小。
通過采用本技術(shù)，極大地提高了控制系統(tǒng)的可靠性，使得主備單元相對獨立，便于實現(xiàn)自動倒換，自動回復(fù)，便于和其他各種冗余方式結(jié)合使用。


圖1是實現(xiàn)主備倒換的工作單元組成示意圖；圖2是ETHERNET和HDLC的數(shù)據(jù)總線方式時實現(xiàn)主備倒換的組成示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，詳細描述技術(shù)方案的實施。
圖1所示實施例結(jié)合圖1實施例敘述一下本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)組成。
各工作單元A1，A2，…，AN分別包括CPUm、ICm、Cm(m取值為1～N)。CPU系統(tǒng)經(jīng)過通信接口控制單元通過數(shù)據(jù)線實現(xiàn)與其他同樣功能的工作單元進行數(shù)據(jù)同步，以及與其他工作單元的通信。CPU系統(tǒng)還利用可編程邏輯單元實現(xiàn)與其他同樣功能的工作單元的檢測和控制。此處的數(shù)據(jù)總線可以是HDLC總線或者ETHERNET總線等各種方式的數(shù)據(jù)線或者這些數(shù)據(jù)線的組合。
該實施例的步驟如下過程一檢測、倒換過程第一步、上電后，各單板進行初始化、根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置來確定主備單元，主用單元(暫定為Am)運用BSP設(shè)置為主用控制和通信地址，備用單元則禁用該地址；主備用工作單元之間利用其他數(shù)據(jù)同步地址進行數(shù)據(jù)同步，該地址與系統(tǒng)中其他受控單元無關(guān)。
第二步、系統(tǒng)中其他受控工作單元依據(jù)系統(tǒng)設(shè)定主用BSP的地址與主用控制單元通過D1，D2，…，DN進行通信。
第三步、互為備份的A1、A2……AN單元分別利用C1，C2，…，CN之間通過R1，R2，…，RN來進行檢測；第四步、正常工作時，主備單元之間通過數(shù)據(jù)總線周期性地進行數(shù)據(jù)同步備份；第五步、如果某個備用單元Ap出現(xiàn)異常，則主用工作單元Am向該備用單元復(fù)位，且指定其他工作正常的備用單元為備用單元，并發(fā)出告警，同時恢復(fù)到第二步；第六步、如果主用單元Am出現(xiàn)異常，則備用單元Ap將主用單元的狀態(tài)降為備用同時復(fù)位該單元，將自己的狀態(tài)設(shè)位主，地址改為主用地址，禁止自己的通信端口，按主用狀態(tài)代表的地址重新使能的自己的通信端口，同時發(fā)出告警，回到第二步；第七步Am復(fù)位后檢測總線中是否有主用單元，如果沒有自己繼續(xù)執(zhí)行主用功能，否則變?yōu)閭溆脝卧?，按照備用狀態(tài)來確定自己的地址和各通信端口的狀態(tài)，回復(fù)到第二步。
過程二、自動恢復(fù)過程在過程一的上添加下面步驟第八步、主用單元Am恢復(fù)正常時，主備工作單元之間完成數(shù)據(jù)同步，主備工作單元完成狀態(tài)置換和地址修改。同時返回步驟第二步。
圖2實施例重點描述了數(shù)據(jù)總線為E1，E2，…，En和H1，H2，…，Hn存在時的裝置示意圖。其中，D1，D2，…，DN數(shù)據(jù)線H1，H2，…，HNHDLC數(shù)據(jù)線E1，E2，…，ENETHERNET數(shù)據(jù)線DB系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線DB-E系統(tǒng)ETHERNET數(shù)據(jù)總線DB-H系統(tǒng)HDLC數(shù)據(jù)總線CB系統(tǒng)控制總線A1，A2，…，AN多個工作單元C1，C2，…，CN可編程邏輯電路單元CPU1，CPU2，…，CPUN有至少2個通信接口的CPU系統(tǒng)IC1，IC2，…，ICN通信接口控制單元R1，R2，…，RN主備檢測和控制線該實施例的步驟如下過程一檢測、倒換過程第一步、上電后，各單板進行初始化、根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置來確定主備單元，主用單元(暫定為Am)運用BSP設(shè)置為主用控制和通信地址，備用單元則禁用該地址；主備用工作單元之間利用其他數(shù)據(jù)同步地址進行數(shù)據(jù)同步該地址與系統(tǒng)中其他受控單元無關(guān)。
第二步、系統(tǒng)中其他受控工作單元依據(jù)系統(tǒng)設(shè)定主用BSP的地址與主用控制單元通過E1，E2，…，En和H1，H2，…，Hn進行通信。
第三步、互為備份的A1、A2……AN單元分別利用C1，C2，…，CN之間通過R1，R2，…，RN來進行檢測；第四步、正常工作時，主備單元之間通過數(shù)據(jù)總線周期性地進行數(shù)據(jù)同步備份；第五步、如果某個備用單元Ap出現(xiàn)異常，則主用工作單元Am向該備用單元復(fù)位，且指定其他工作正常的備用單元為備用單元，并發(fā)出告警，同時恢復(fù)到第二步；第六步、如果主用單元Am出現(xiàn)異常，則備用單元Ap將主用單元的狀態(tài)降為備用同時復(fù)位該單元，將自己的狀態(tài)設(shè)位主，地址改為主用地址，禁止自己的通信端口，按主用狀態(tài)代表的地址重新使能的自己的通信端口，同時發(fā)出告警，回到第二步；第七步Am復(fù)位后檢測總線中是否有主用單元，如果沒有自己繼續(xù)執(zhí)行主用功能，否則變?yōu)閭溆脝卧?，按照備用狀態(tài)來確定自己的地址和各通信端口的狀態(tài)，回復(fù)到第二步。
過程二、自動回復(fù)過程在過程一的上添加下面步驟第八步、主用單元Am恢復(fù)正常時，主備工作單元之間完成數(shù)據(jù)同步，主備工作單元完成狀態(tài)置換和地址修改。同時返回步驟第二步。
上述具體實施方式
以較佳實施例對本發(fā)明進行了說明，但這只是為了便于理解而舉的一個形象化的實例，不應(yīng)被視為是對本發(fā)明范圍的限制。同樣，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其較佳實施例的描述，可以做出各種可能的等同改變或替換，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)主備倒換的裝置，其特征在于，所述裝置包括一個主用工作單元和至少一個備用工作單元；每個工作單元包括中央處理單元CPU、可編程邏輯電路、通信接口控制單元、數(shù)據(jù)總線和控制總線；主用工作單元與備用工作單元之間使用控制總線來連接各自的控制總線，通過標定各自的主備狀態(tài)來控制本板軟件系統(tǒng)的工作，并使用數(shù)據(jù)總線來進行周期性的數(shù)據(jù)同步；主用工作單元的中央處理單元CPU通過通信接口控制單元利用數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)與各備用工作單元的數(shù)據(jù)同步，同時通過可編程邏輯電路來實現(xiàn)與各備用工作單元的檢測和控制功能；當主用工作單元出現(xiàn)故障的時候，通過BSP地址的切換來實現(xiàn)主備倒換，并改變可編程電路的主備標識，備用工作單元開始承擔(dān)主用工作單元的工作，原來的主用工作單元則通過控制總線被復(fù)位并發(fā)出故障告警。
2.一種實現(xiàn)主備倒換的方法，其特征在于，所述方法包括以下處理步驟第一步、初始化、確定主備單元；第二步、系統(tǒng)中其他受控工作單元依據(jù)BSP的地址與主用控制單元進行通信；第三步、各控制單元通過其單元內(nèi)部的邏輯電路來進行檢測；第四步、正常工作時，主備單元之間通過數(shù)據(jù)總線周期性地進行數(shù)據(jù)同步備份；第五步、如果備用單元出現(xiàn)異常，則主用工作單元上面的可編程控制電路通過控制總線將備用單元復(fù)位，且指定其他工作正常的備用單元為備用單元，并發(fā)出告警，同時恢復(fù)到第二步；第六步、如果主用單元出現(xiàn)異常，則備用單元上面的可編程控制電路將主用單元的狀態(tài)降為備用，同時復(fù)位該單元，將自己的狀態(tài)設(shè)位主，地址改為主用地址，禁止自己的通信端口，按主用狀態(tài)代表的地址重新使能的自己的通信端口，同時發(fā)出告警，回到第二步；第七步、原主用單元復(fù)位后檢測總線中是否有主用單元，如果沒有自己繼續(xù)執(zhí)行主用功能，否則變?yōu)閭溆脝卧?，按照備用狀態(tài)來確定自己的地址和各通信端口的狀態(tài)，回復(fù)到第二步。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當主用單元恢復(fù)正常時，還包括以下步驟主備數(shù)據(jù)完成同步，主備單元完成狀態(tài)置換和地址修改，返回步驟第二步。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述確定主備單元具體包括以下過程主用單元運用BSP設(shè)置為主用控制和通信地址，備用單元則禁用該地址；主備用工作單元之間利用其他數(shù)據(jù)同步地址進行數(shù)據(jù)同步，該地址與系統(tǒng)中其他受控單元無關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)主備倒換的裝置和方法，所述裝置包括一個主用工作單元和至少一個備用工作單元；每個工作單元包括中央處理單元CPU、可編程邏輯電路、通信接口控制單元、數(shù)據(jù)總線和控制總線；主用工作單元與備用工作單元之間使用控制總線來連接各自的控制總線，通過標定各自的主備狀態(tài)來控制本板軟件系統(tǒng)的工作，并使用數(shù)據(jù)總線來進行周期性的數(shù)據(jù)同步。通過采用本技術(shù)，極大地提高了控制系統(tǒng)的可靠性，使得主備單元相對獨立，便于實現(xiàn)自動倒換，自動回復(fù)，便于和其他各種冗余方式結(jié)合使用。
文檔編號G06F11/00GK1764080SQ20051011526
公開日2006年4月26日 申請日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月15日
發(fā)明者李永, 武成賓 申請人:中興通訊股份有限公司