基于ARM控制器的雙機熱備份

于 津，鐘維輝，王 軍

（同方電子科技有限公司，江西九江 332000）

0 引言

雙機熱備份是一種非常有效且經常被采用的方法。在雙機熱備份系統中，2 個ARM（Advanced RISC Machines 精簡指令集計算機）控制器必須保持工作狀態的完全一致，需要隨時進行數據交換。在滿足系統性能的條件下，充分利用ARM 控制器本身的資源，最大程度地簡化內部通信的接口設計非常值得研究。在ARM 控制器家族的眾多成員中，ARM LPC23 系列以其優越的性能、成熟的技術、高可靠性和高性價比，在產品控制領域中有著廣泛應用。下面以ARM LPC2378 為例給出雙機通信的簡化接口設計。

1 ARM 控制系統的結構和工作原理

1.1 系統結構和工作原理

（1）ARM 控制系統功能原理見圖1。

圖1 微機控制器功能原理

（2）本控制系統主要用于4 個預選器模塊的控制，ARM 控制器通過以太網或RS232 串口的遙控命令字控制預選器。根據需求采用自帶以太網口、多串口的ARM7 控制器LPC2378；預選器是5 V 電壓、ARM LPC2378 為3.3 V，預選器控制采用并行總線送數，總線上采用了74LV164245 電壓轉換芯片，提高總線驅動能力；為了做好隔離和數據保存，采用了74HC573 數據鎖存器、光電耦合器。采用FM18L08 掉電保存數據，在系統重新上電后可以恢復到上次工作模式。看門狗監控電路采用具有電源監控電路和看門狗功能的微處理芯片IMP706T。DC-DC電源芯片SPX1117 有很低的靜態電流，在滿負載時其低壓差僅為1.1 V。當輸出電流減少時，靜態電流隨負載變化，并提高效率。LTC4411 低損耗理想二極管，能從（2.6～5.5）V 輸入電壓來提供高達2.6 A 電流，低正向接通電阻（最大值為140 mΩ）、低反向漏電流（＜1 μA）、內部電流限值保護，內部熱保護，無需外部有源元件。

1.2 雙ARM 控制系統熱備份設計

（1）雙ARM 控制系統熱備份結構功能框圖，如圖2。

圖2 雙ARM 控制系統熱備份結構功能框

（2）ARM 控制系統工作模式。控制命令字通過以太網或RS232 串口發送給LPC2378，LPC2378 接收到命令后，經過處理程序控制對應的預選器濾波器；看門狗控制工作指示燈狀態，LPC2378 工作正常時，看門狗控制三態門，使能工作指示燈顯示工作正常；看門狗在1.6 ms 內沒有得到LPC2378 控制脈沖，判斷LPC2378 故障，控制工作指示燈顯示故障，同時通過與非門禁止三態門，隔離本控制系統輸出。

（3）2 個ARM 控制系統之間的通信。2 個ARM 控制系統之間的采用RS232 串口通信。通過發送控制命令字來判斷ARM控制系統是否工作正常。控制命令字以0xFFH 為包頭，0xFEH為包尾。控制命令字見表1。

（4）雙路RS232 接口切換。由于機器面板上只有1 個RS232遙控口，2 個ARM 控制體統的RS232 串口采用并接。2 個ARM控制系統都需要收到RS232 串口輸入的命令，RS232 串口的輸入端（RX）就直接并接在一起；在輸出的時候，只有1 個ARM 控制系統可以輸出，在LPC2378-1 正常時CPU1 控制口為0，RS232 串口的輸出端（TX）通過繼電器與外部RS232 口連接，LPC2378-2 的RS232 輸出被繼電器隔離。LPC2378-1 發生故障后，LPC2378-2 的RS232 輸出通過繼電器使能，LPC2378-1 的RS232 輸出禁止（圖3）。

表1 控制命令字

圖3 雙RS232 接口原理框

（5）雙路LAN 網口切換。因為預選器的面板只有一個網絡接口，所以要采用1 個邏輯等效電路，進行雙路網口的切換（圖4）。

圖4 以太網等效電路原理

（6）電源熱插拔保護。電源熱插拔保護采用LTC4411 低損耗理想二極管；LTC4411 通過3 腳的電阻和電容產生的延時，使電源延時接通（圖5）。

圖5 熱插拔工作原理

2 結束語

通過對ARM 控制系統雙機熱備份的工作原理闡述，結合艦載腔體預選器產品的實際應用，驗證了在ARM 控制系統中進行雙機熱備份、熱插拔的技術性能，保證系統的可靠性。