熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)及其主備切換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)，包括相同并相接的第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)，所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)均包括兩臺(tái)硬件異構(gòu)且采用任務(wù)級(jí)同步的CPU，該兩個(gè)CPU分別運(yùn)行兩套不同的軟件；所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)分別從軌旁獲取輸入并預(yù)設(shè)時(shí)間同步一次，兩者運(yùn)算經(jīng)過比較后同時(shí)進(jìn)行輸出。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)軟件和硬件同時(shí)異構(gòu)的熱冗余2乘2取2熱備切換機(jī)制。
【專利說明】熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)及其主備切換方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用于地鐵CBTC(Communicat1n Based Train Control,基于通信的列車控制)系統(tǒng)的聯(lián)鎖體系結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的CBTC聯(lián)鎖平臺(tái)開發(fā)中，聯(lián)鎖體系結(jié)構(gòu)一般采用2乘2取2平臺(tái)。由A，B兩系相同的2取2結(jié)構(gòu)組成，每系母版設(shè)置兩個(gè)硬件完全相同的CPU (中央處理器)，內(nèi)部運(yùn)行一套共同的軟件。正常情況下一系為邏輯主用，另外一系為邏輯備用，每一系的兩個(gè)CPU采用時(shí)鐘級(jí)同步，當(dāng)主系發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)切換到備系。但是，由于采用時(shí)鐘級(jí)同步，直接受制于CPU的主處理頻率，即CPU時(shí)鐘頻率不能太快，否則將由于無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成運(yùn)算而影響周期內(nèi)的數(shù)據(jù)同步。
[0003]目前，隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，時(shí)鐘級(jí)同步的計(jì)算機(jī)已大大落后于現(xiàn)有的通用計(jì)算機(jī)。再者，雙CPU時(shí)鐘同步方式存在無法在兩個(gè)CPU中實(shí)現(xiàn)兩套不同算法的缺點(diǎn)，無法消除軟件的共模故障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)及其主備切換方法，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件同時(shí)異構(gòu)的熱冗余2乘2取2熱備切換機(jī)制。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0006]一種熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)，包括相同并相接的第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)，其中:
[0007]所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)均包括兩臺(tái)硬件異構(gòu)且采用任務(wù)級(jí)同步的CPU，該兩個(gè)CPU分別運(yùn)行兩套不同的軟件；
[0008]所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)分別從軌旁獲取輸入并預(yù)設(shè)時(shí)間同步一次，兩者運(yùn)算經(jīng)過比較后同時(shí)進(jìn)行輸出。
[0009]在上述的熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)中，每個(gè)所述CPU包括數(shù)據(jù)比較/同步網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡；所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)均還包括交換機(jī)；以所述第一系統(tǒng)為例:
[0010]所述第一系統(tǒng)的兩個(gè)CPU各自的數(shù)據(jù)比較/同步網(wǎng)卡相接；
[0011]所述第一系統(tǒng)的兩個(gè)CPU各自的以太網(wǎng)卡通過超五類屏蔽雙絞線相接；
[0012]所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)各自的交換機(jī)連接。
[0013]所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)各自的兩個(gè)CPU各自的數(shù)據(jù)比較/同步網(wǎng)卡一一對(duì)應(yīng)地同步相接。
[0014]本發(fā)明之二的基于上述熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)的主備切換方法，以所述第一系統(tǒng)為例，包括:
[0015]所述第一系統(tǒng)啟動(dòng)，進(jìn)入等待狀態(tài)，依據(jù)所述第二系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)、上電延遲輸入以及初始化信息的時(shí)間來決定進(jìn)入邏輯在線模式或邏輯離線模式；
[0016]依據(jù)所述第二系統(tǒng)的在線請(qǐng)求和同步信息進(jìn)行主備選擇；
[0017]所述第一系統(tǒng)啟動(dòng)，進(jìn)入等待狀態(tài)，依據(jù)所述第二系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)、上電延遲輸入以及初始化信息的時(shí)間來決定進(jìn)入邏輯熱備在線模式或邏輯熱備離線模式；
[0018]依據(jù)所述第二系統(tǒng)的在線請(qǐng)求和同步信息進(jìn)行熱備間的邏輯主備選擇；
[0019]在每個(gè)周期接受到輸入同步信息以及同步相互確認(rèn)信息，如果在相互確認(rèn)過程中發(fā)現(xiàn)其中一系出現(xiàn)關(guān)鍵錯(cuò)誤，則發(fā)生錯(cuò)誤的該系重啟；如果發(fā)生錯(cuò)誤的該系為熱備邏輯主系，則兩系進(jìn)行主備倒切；
[0020]所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)在輸出比較窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和相互確認(rèn)后輸出相同數(shù)據(jù)。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明中，每系2取2采用兩臺(tái)硬件異構(gòu)的CPU，運(yùn)行具有差異性的雙套不同的軟件，通過軟件和硬件相互配合，并通過任務(wù)級(jí)同步完成聯(lián)鎖平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)和熱備切換，從而避免了傳統(tǒng)的時(shí)鐘級(jí)同步的性能缺陷，并消除了軟件的共模故障。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2是本發(fā)明的主備切換方法的流程圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的主備系統(tǒng)間的熱備切換模式圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0026]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明的熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)，包括相同的第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)，
[0027]第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)之間通過同步連接，來比較I/O狀態(tài)和接受信息，進(jìn)行熱冗余切換。第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)均包括交換機(jī)，以及兩臺(tái)硬件異構(gòu)的CPU(即圖1中的邏輯運(yùn)算單元A、邏輯運(yùn)算單元B)。這兩個(gè)CPU分別運(yùn)行具有差異性的兩套不同的軟件，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)同步及熱備切換。本實(shí)施例中，這兩個(gè)CPU分別采用英特爾和賽瑞克斯的產(chǎn)品，其運(yùn)行速度和主頻不同，每個(gè)單元運(yùn)行經(jīng)過不同編譯器編譯的軟件。
[0028]圖1中，每個(gè)CPU包括:數(shù)據(jù)比較/同步網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡；以第一系統(tǒng)為例:
[0029]第一系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算單元A和邏輯運(yùn)算單元B各自的數(shù)據(jù)比較/同步網(wǎng)卡相接，用以比較數(shù)據(jù)。
[0030]第一系統(tǒng)的兩個(gè)以太網(wǎng)卡通過超五類屏蔽雙絞線(交叉線方式)相接；
[0031]第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)各自的交換機(jī)連接。
[0032]第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)的兩個(gè)邏輯運(yùn)算單元A (兩個(gè)邏輯運(yùn)算單元B)各自的數(shù)據(jù)比較/同步網(wǎng)卡進(jìn)行同步相接。
[0033]在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)始終保持同步，第一系統(tǒng)(或第二系統(tǒng))中兩個(gè)CPU單元分別進(jìn)行獨(dú)立的運(yùn)算，通過同步線(synchro)同步并交換數(shù)據(jù)，當(dāng)表決結(jié)構(gòu)一致時(shí),產(chǎn)生有效的對(duì)外驅(qū)動(dòng)命令。即:這兩個(gè)CPU采用任務(wù)級(jí)同步，在這兩個(gè)CPU內(nèi)設(shè)置同步時(shí)間窗，如果在時(shí)間窗內(nèi)收到另一 CPU傳來的比較結(jié)果數(shù)據(jù)，則表示同步無差錯(cuò)；如果收不到數(shù)據(jù)或是接受超出時(shí)間窗，則切斷輸出(即實(shí)際輸出為禁止信號(hào))，導(dǎo)向安全側(cè)。
[0034]第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)分別從軌旁獲取輸入并每10ms同步一次，兩系運(yùn)算經(jīng)過比較后同時(shí)進(jìn)行輸出。
[0035]請(qǐng)參閱圖2，基于上述熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)的主備切換方法，包括如下步驟:
[0036]步驟SI，某一系統(tǒng)(第一系統(tǒng)或第二系統(tǒng))啟動(dòng)，進(jìn)入等待狀態(tài)，依據(jù)另一系統(tǒng)(第二系統(tǒng)或第一系統(tǒng))當(dāng)前狀態(tài)、上電延遲輸入以及初始化信息的時(shí)間來決定進(jìn)入邏輯在線模式(邏輯主用模式)或邏輯離線模式(邏輯備用模式)。
[0037]步驟S2，依據(jù)另一系統(tǒng)(第二系統(tǒng)或第一系統(tǒng))的在線請(qǐng)求和同步信息進(jìn)行主備選擇；
[0038]步驟S3，在每個(gè)周期接受到輸入同步信息以及同步相互確認(rèn)信息，如果在相互確認(rèn)過程中發(fā)現(xiàn)其中一系(第二系統(tǒng)或第一系統(tǒng))出現(xiàn)關(guān)鍵錯(cuò)誤，則發(fā)生錯(cuò)誤的該系重啟；
[0039]步驟S4，如果發(fā)生錯(cuò)誤的該系(第二系統(tǒng)或第一系統(tǒng))為熱備邏輯主系，則兩系進(jìn)行主備倒切；
[0040]步驟S5，第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)在輸出比較窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和相互確認(rèn)后輸出相同數(shù)據(jù)。
[0041]請(qǐng)參閱圖3，為主備系統(tǒng)間的熱備切換模式圖。
[0042]圖中，某一系統(tǒng)的熱備等待模式基于另一系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)、上電延遲輸入以及初始化信息的時(shí)間來決定進(jìn)入邏輯在線模式(邏輯主用模式)和邏輯離線模式(邏輯備用模式)。
[0043]當(dāng)?shù)谝幌到y(tǒng)或第二系統(tǒng)處于邏輯在線模式時(shí)，處理所有輸入、應(yīng)用邏輯；所有穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)都傳遞給離線單元(另一系統(tǒng))。在線單元(第一系統(tǒng)或第二系統(tǒng))確定應(yīng)用變量的狀態(tài)并與離線單元(如果離線單元正常)進(jìn)行信息同步。如果沒有離線單元，在線單元單機(jī)進(jìn)行工作。
[0044]當(dāng)?shù)谝幌到y(tǒng)或第二系統(tǒng)處于邏輯離線模式時(shí)，同樣基于物理輸入進(jìn)行邏輯運(yùn)算，經(jīng)過比較一致后輸出在線單元邏輯處理的輸出狀態(tài)。只要在線單元繼續(xù)操作，它發(fā)送邏輯輸出狀態(tài)給離線單元，同時(shí)兩個(gè)單元輸出同步的輸出狀態(tài)。
[0045]邏輯在線模式下，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，將會(huì)進(jìn)行一些復(fù)位處理，主系統(tǒng)(在線單元)發(fā)送一個(gè)消息給離線單元提示已經(jīng)發(fā)生一個(gè)嚴(yán)重錯(cuò)誤并且對(duì)方需要切換到邏輯在線模式。
[0046]當(dāng)某一系統(tǒng)處于在線模式或者離線模式時(shí)，當(dāng)只有一個(gè)系統(tǒng)(第一系統(tǒng)或第二系統(tǒng))檢測(cè)到不可逆轉(zhuǎn)的關(guān)鍵錯(cuò)誤時(shí)，出現(xiàn)錯(cuò)誤的一系將宕機(jī)；當(dāng)?shù)谝幌到y(tǒng)和第二系統(tǒng)同時(shí)檢測(cè)到不可逆轉(zhuǎn)的錯(cuò)誤時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)輸出低值，導(dǎo)向安全側(cè)，整個(gè)系統(tǒng)不允許宕機(jī)。
[0047]以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)，其特征在于，包括相同并相接的第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)，其中: 所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)均包括兩臺(tái)硬件異構(gòu)且采用任務(wù)級(jí)同步的CPU，該兩個(gè)CPU分別運(yùn)行兩套不同的軟件； 所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)分別從軌旁獲取輸入并預(yù)設(shè)時(shí)間同步一次，兩者運(yùn)算經(jīng)過比較后同時(shí)進(jìn)行輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述CPU包括數(shù)據(jù)比較/同步網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡；所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)均還包括交換機(jī)；以所述第一系統(tǒng)為例: 所述第一系統(tǒng)的兩個(gè)CPU各自的數(shù)據(jù)比較/同步網(wǎng)卡相接； 所述第一系統(tǒng)的兩個(gè)CPU各自的以太網(wǎng)卡通過超五類屏蔽雙絞線相接； 所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)各自的交換機(jī)連接。 所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)各自的兩個(gè)CPU各自的數(shù)據(jù)比較/同步網(wǎng)卡一一對(duì)應(yīng)地同步相接。
3.一種基于權(quán)利要求1或2所述熱冗余聯(lián)鎖子系統(tǒng)的主備切換方法，其特征在于，以所述第一系統(tǒng)為例，包括: 所述第一系統(tǒng)啟動(dòng)，進(jìn)入等待狀態(tài)，依據(jù)所述第二系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)、上電延遲輸入以及初始化信息的時(shí)間來決定進(jìn)入邏輯熱備在線模式或邏輯熱備離線模式； 依據(jù)所述第二系統(tǒng)的在線請(qǐng)求和同步信息進(jìn)行熱備間的邏輯主備選擇； 在每個(gè)周期接受到輸入同步信息以及同步相互確認(rèn)信息，如果在相互確認(rèn)過程中發(fā)現(xiàn)其中一系出現(xiàn)關(guān)鍵錯(cuò)誤，則發(fā)生錯(cuò)誤的該系重啟；如果發(fā)生錯(cuò)誤的該系為熱備邏輯主系，則兩系進(jìn)行主備倒切； 所述第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)在輸出比較窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和相互確認(rèn)后輸出相同數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G06F11/16GK104268037SQ201410459448
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】朱躍梁, 孫來平, 李廣誠(chéng) 申請(qǐng)人:上海自儀泰雷茲交通自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司