基于CPCI總線冗余控制計算機的設計與實現

程春 等

摘要：隨著人們對于計算機系統控制的可靠性要求逐漸提高，在本文中，介紹了一種基于CPCI總線控制計算機的冗余設計方式，并對其實現原理以及應用方式進行一定的分析與探討。

關鍵詞：CPCI總線 冗余控制 實現

1 概述

作為系統的核心部件，控制計算機有著進行控制、數據處理等作用。而對于其重要性而言，高度的可靠性是其在正常運作中必不可少的一部分。冗余技術其功能就是在系統中設計多套相同給定任務的技術，當主系統出現故障時，其冗余部分的設備就會在第一時間介入，并將工作進行承擔，從而對系統發(fā)生故障的時間盡到最大程度的降低，并將系統的故障率進行降低。從這里我們就可以了解到對一個穩(wěn)定性要求極高的控制計算機來說，對其采用冗余方式的設計是非常重要的。

2 系統原理

對于冗余控制系統來說，其是由兩套相對獨立的計算機組合而成。在兩個計算機中，分別有一套獨立的I/O信號，其在控制電路對信號進行切換選擇之后對外提供的一套I/O接口，同時處于工作中的I/O信號對外界進行接通并連接。在這兩套計算機設備中，其無論是硬件還是軟件的配置都是完全一樣的，并在普通計算機的基礎上多了擴展板設備。擴展板工作在Compact PCI總線中，并可以依據系統所需要的功能來配置相應的接口。在系統中，設置了4個擴展板槽位，如果工作需要的槽位很多，就可以使用CPCI總線進行擴展。工作系統示意圖如圖1 所示：

在冗余控制系統中的計算機加電開關也是相對獨立的，這就使我們可以通過對開關的控制來對需要工作的計算機進行選擇，同時，切換電路也可以對相應計算機的接口進行自動的識別。而當其中的一套計算機處于工作狀態(tài)中時，另一臺計算機就處于冷備份的狀態(tài)。

3 雙電源互鎖設計

在系統中，分別設置了兩種額度的DC電源輸出。以+5V電源為例，在其每塊電源中都有著使能端、輸出端與互鎖控制信號輸出端。其中，使能端能夠對電源的DC-DC轉換的工作信號進行控制，其中的一塊電源互鎖信號也同另一塊電源的使能端進行連接。當外部的電源同系統接通，且使能端在高電平狀態(tài)時，電源就會正常進行工作，并輸出+5V的電源，且互鎖系統的信號為低電平。而當使能端為低電平時，電源的工作就會被停止，并終止+5V電源的輸出，且互鎖系統的信號為高電平。從而以這種方式實現了電源的互鎖控制。

4 切換控制

切換控制的作用就是對兩部分I/O信號進行切換，并根據系統要求選擇適當的計算機信號進行輸出，無論是哪一電源在工作，切換控制的電路都在工作狀態(tài)中。

在系統中，切換控制的原理為兩塊電源的不同電壓信號經過繼電器選擇器進行輸出，同時，只要有一個電源在工作狀態(tài)，繼電器選擇器就可以提供出兩種高電壓的信號，從而使切換電路能夠根據實際情況對這兩種電路進行切換。

而對于切換電路的切換器件選擇來說，由于顯示信號（VGA）使用的切換設備為MAX4885，其對于一般的信號（USB等）則采用了MAX4761。同時，對于因特網信號來說，使用開關對其選擇就不太適當了，這就需要有針對性的對其選擇四通道的交換電路使其對因特網信號進行選擇。當全部的因特網信號進入交換電路之后，就可以將所有的因特網接口以交換電路的方式對數據進行交換，并以這種方式對系統的要求進行滿足。

5 數據共享

在本系統中，使用了IDE接口的存儲器，同時基于上述描述的冷備份系統特點，這兩套計算機不會同時進行工作，那么就會使兩臺計算機之間不會直接進行信息的溝通，從而不會對相互的數據信息進行共享。但是，數據共享在實際的工作應用過程中不可避免的會被使用到，這就需要我們對其采取一定方式對其共享進行實現。

在系統設計中，對IDE信號也使用了切換的方式，從而保證使其中任意一套計算機在工作期間都可以對有著主次關系的兩個不同存儲器進行訪問。在這兩個存儲器之中，也具有不同的操作系統與設備軟件，所以我們就可以根據自身的意愿從其中一個存儲器對系統進行引導啟動，從而在啟動之后使另一個存儲器也會被訪問到。通過這樣的方式，我們就很好的實現了系統中不同計算機的數據共享，從而更加便捷的獲取不同計算機中的數據信息。

6 結束語

總的來說，對于計算機控制系統來說，冗余技術能夠有效的對系統的可靠程度進行提高，是一項非常重要的技術。通過我們將這種技術應用到控制計算機系統中，雖然使系統的設計難度與復雜程度得到了增大，但是對于系統的穩(wěn)定性卻進行有效的提高，同時還能夠對系統故障發(fā)生的時間進行有效的縮短，從而較好地達成了預期的目標。

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作者簡介：程春（1985-），女，河南鄭州人，助教，研究方向：計算機應用；馬妮娜（1982-），女，河南信陽人，助教，研究方向：計算機軟件。