FPGA單芯片四核二乘二取二的安全系統(tǒng)
此外,在對(duì)CPU輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的同時(shí),比較電路還對(duì)CPU是否正常工作進(jìn)行故障診斷。診斷正常則反饋CPU正常工作信息,使CPU進(jìn)行下一周期的工作;診斷為故障則反饋CPU錯(cuò)誤信息,此時(shí)系統(tǒng)切換,取另一組子系統(tǒng)的輸出為系統(tǒng)輸出,故障子系統(tǒng)進(jìn)入維修狀態(tài)。這樣確保了系統(tǒng)的可靠性、安全性。
2.3 系統(tǒng)切換
系統(tǒng)切換是二乘二取二系統(tǒng)首要的功能要求,當(dāng)工作單元出現(xiàn)故障,或者手動(dòng)切換時(shí),要求進(jìn)行系統(tǒng)切換。本設(shè)計(jì)進(jìn)行了兩組故障檢測(cè)。
首先,為每個(gè)子系統(tǒng)的兩個(gè)coreABC分別設(shè)置兩個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器,要求兩個(gè)coreABC向各自的看門(mén)狗發(fā)送周期自檢信號(hào)。若看門(mén)狗在溢出前收到該信號(hào)則CPU正常工作,否則溢出,該CPU判為故障。子系統(tǒng)的兩個(gè)CPU中,只要有一個(gè)出現(xiàn)故障,在備機(jī)正常的情況下,系統(tǒng)就進(jìn)行切換。其次,將CPU輸出結(jié)果和子系統(tǒng)輸出結(jié)果進(jìn)行比較,若相同則系統(tǒng)正常,否則系統(tǒng)故障。若備用單元正常,則系統(tǒng)切換,取備用單元輸出為系統(tǒng)輸出。
將主單元和備用單元的看門(mén)狗溢出信號(hào)分別記為WD_PLUSE_1、WD_PLUSE_2,比較器判決信號(hào)記為COM_RESULT_1、COM_RESULT_2,手動(dòng)切換信號(hào)記為SWITCH_1、SWITCH_2。只要系統(tǒng)故障或手動(dòng)切換時(shí),系統(tǒng)進(jìn)行切換,由此可得切換信號(hào)為:
AUTO_RST_1=WD_PLUSE_1 ‖COM_RESULT_1 ‖SWITCH_1
AUTO_RST_2=wD_PLUSE_2 ‖COM_RESULT_2 ‖SWITCH_2
系統(tǒng)切換通過(guò)以下語(yǔ)句實(shí)現(xiàn):
SYS_OUT=(AUTO_RST_1&&AUTO_RST_2)?1'bz:((AUTO_RST_1)?COM_OUT_2:COM_OUT_1);
若主機(jī)正常工作,則輸出取主機(jī)的比較輸出;若主機(jī)故障,在備用單元正常時(shí),則系統(tǒng)切換取備用單元的輸出;若主機(jī)修復(fù),則切換到主機(jī)工作;若兩個(gè)子系統(tǒng)均故障,則系統(tǒng)故障。實(shí)現(xiàn)的流程如圖4所示。
對(duì)二乘二取二系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析可知,二乘二取二結(jié)構(gòu)同其他冗余方法雙模和三模結(jié)構(gòu)相比,系統(tǒng)的安全性可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持在一個(gè)很高的水平。同時(shí)二乘二取二結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性和平均壽命等指標(biāo)均較高,所以是一種綜合性能比較好的冗余結(jié)構(gòu)。
結(jié) 語(yǔ)
本文選擇了合適的開(kāi)發(fā)板資源,提出一種在FPGA中嵌入4個(gè)coreABC軟核,實(shí)現(xiàn)二乘二取二系統(tǒng)的方法。恰當(dāng)?shù)乩?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/單芯片">單芯片有限的資源,嵌入4個(gè)coreABC軟核,遵循二乘二取二系統(tǒng)的工作原理,合理實(shí)現(xiàn)二取二總線(xiàn)比較判決、故障檢測(cè)和二乘系統(tǒng)切換,經(jīng)綜合后燒入,檢驗(yàn)系統(tǒng)功能完全正常。
本設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于單芯片的功耗更小、電路設(shè)計(jì)更加便捷、系統(tǒng)可靠性和安全性更高、體積小、易維護(hù)和易升級(jí)換代,符合現(xiàn)階段我國(guó)聯(lián)鎖系統(tǒng)向模塊化、智能化、功能多樣化方向發(fā)展的要求,大大擴(kuò)展了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的廣度和深度。嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展迅速,隨著FPGA技術(shù)的進(jìn)步,單芯片內(nèi)的邏輯門(mén)電路數(shù)量更多,軟核的編寫(xiě)更加成熟。單芯片多軟核的二乘二取二系統(tǒng)具有更強(qiáng)的生命力,它的高可靠性和低成本勢(shì)必帶來(lái)廣闊的應(yīng)用空間。
評(píng)論