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(jīng)常被采用的方法。在雙機熱備份系統(tǒng)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(tài)的完全一致，需要隨時進行數(shù)據(jù)交換。在滿足系統(tǒng)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(nèi)部通信的接口設(shè)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(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)、高可靠性和高性價比，在產(chǎn)品控制領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。下面以ARM LPC2378 為例給出雙機通信的簡化接口設(shè)計。

1 ARM 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

（1）ARM 控制系統(tǒng)功能原理見圖1。

圖1 微機控制器功能原理

（2）本控制系統(tǒng)主要用于4 個預(yù)選器模塊的控制，ARM 控制器通過以太網(wǎng)或RS232 串口的遙控命令字控制預(yù)選器。根據(jù)需求采用自帶以太網(wǎng)口、多串口的ARM7 控制器LPC2378；預(yù)選器是5 V 電壓、ARM LPC2378 為3.3 V，預(yù)選器控制采用并行總線送數(shù)，總線上采用了74LV164245 電壓轉(zhuǎn)換芯片，提高總線驅(qū)動能力；為了做好隔離和數(shù)據(jù)保存，采用了74HC573 數(shù)據(jù)鎖存器、光電耦合器。采用FM18L08 掉電保存數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)重新上電后可以恢復(fù)到上次工作模式。看門狗監(jiān)控電路采用具有電源監(jiān)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(tài)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(tài)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(nèi)部電流限值保護，內(nèi)部熱保護，無需外部有源元件。

1.2 雙ARM 控制系統(tǒng)熱備份設(shè)計

（1）雙ARM 控制系統(tǒng)熱備份結(jié)構(gòu)功能框圖，如圖2。

圖2 雙ARM 控制系統(tǒng)熱備份結(jié)構(gòu)功能框

（2）ARM 控制系統(tǒng)工作模式。控制命令字通過以太網(wǎng)或RS232 串口發(fā)送給LPC2378，LPC2378 接收到命令后，經(jīng)過處理程序控制對應(yīng)的預(yù)選器濾波器；看門狗控制工作指示燈狀態(tài)，LPC2378 工作正常時，看門狗控制三態(tài)門，使能工作指示燈顯示工作正常；看門狗在1.6 ms 內(nèi)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(tài)門，隔離本控制系統(tǒng)輸出。

（3）2 個ARM 控制系統(tǒng)之間的通信。2 個ARM 控制系統(tǒng)之間的采用RS232 串口通信。通過發(fā)送控制命令字來判斷ARM控制系統(tǒng)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(tǒng)的RS232 串口采用并接。2 個ARM控制系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(wǎng)口切換。因為預(yù)選器的面板只有一個網(wǎng)絡(luò)接口，所以要采用1 個邏輯等效電路，進行雙路網(wǎng)口的切換（圖4）。

圖4 以太網(wǎng)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(chǎn)生的延時，使電源延時接通（圖5）。

圖5 熱插拔工作原理

2 結(jié)束語

通過對ARM 控制系統(tǒng)雙機熱備份的工作原理闡述，結(jié)合艦載腔體預(yù)選器產(chǎn)品的實際應(yīng)用，驗證了在ARM 控制系統(tǒng)中進行雙機熱備份、熱插拔的技術(shù)性能，保證系統(tǒng)的可靠性。