WDM定時器在冗余技術(shù)中的應(yīng)用

　　0 引 言

　　本文將WDM 的定時器功能應(yīng)用在冗余技術(shù)中，為系統(tǒng)的故障檢測和切換技術(shù)提供了一種解決方案， 并以雙冗余CAN 總線接口板為例測試本設(shè)計(jì)的可行性。

　　1 冗余技術(shù)

　　冗余技術(shù)有兩種方式: 工作冗余和后備冗余。工作冗余是對關(guān)鍵設(shè)備以雙重或三重的原則來重復(fù)配置， 這些設(shè)備同時處于工作運(yùn)行狀態(tài)， 工作過程中若某一臺設(shè)備出現(xiàn)故障， 它會自動脫離系統(tǒng)， 但并不影響系統(tǒng)的正常工作。后備冗余方式是使一臺設(shè)備投入運(yùn)行， 另一臺冗余設(shè)備處于熱備用狀態(tài)， 但不投入運(yùn)行， 在線運(yùn)行設(shè)備一旦出現(xiàn)故障， 后備設(shè)備立即投入運(yùn)行。常用的冗余系統(tǒng)按其結(jié)構(gòu)可分為并聯(lián)系統(tǒng)、備用系統(tǒng)和表決系統(tǒng)三種。最簡單的冗余設(shè)計(jì)是并聯(lián)裝置， 其他方法還有串并聯(lián)或并串聯(lián)混合裝置和多數(shù)表決裝置等。當(dāng)某部分可靠性要求很高， 但目前的技術(shù)水平和方法很難滿足時， 冗余技術(shù)可能成為惟一較好的設(shè)計(jì)方法。但是冗余設(shè)計(jì)往往使系統(tǒng)的體積、重量、費(fèi)用和復(fù)雜度均相應(yīng)增加。因此， 除了重要的關(guān)鍵設(shè)備， 對于一般產(chǎn)品不宜采用冗余技術(shù)。

　　冗余配置雖然增加系統(tǒng)的投資， 但它提高了整個用戶系統(tǒng)的平均無故障時間( MTBF) ， 縮短了平均故障修復(fù)時間( MT TR) 。因此， 在重要場合的控制系統(tǒng)中， 冗余技術(shù)的采用可有效提高系統(tǒng)的可靠性。

　　一個冗余系統(tǒng)要工作通常是硬件與軟件的配合完成的。在硬件上需要有幾個相同的， 可獨(dú)立工作的設(shè)備。在軟件上來說， 就是在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的同時， 要有錯誤檢測功能和動態(tài)切換功能， 并且要在盡可能短的時間內(nèi)完成切換動作。下面以雙CAN 總線接口卡為例，主要從軟件方面詳述本后備冗余設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　CAN 控制器采用Philips 的SJA1000， 工作于BasicCAN 模式或PeliCAN 模式下， PeliCAN 模式支持CAN 2. 0B 協(xié)議， 采用8 位地址/ 數(shù)據(jù)復(fù)用總線接口。

　　如圖1 所示， PCI 總線雙CAN 接口卡由2 片SJA1000 提供兩路獨(dú)立的CAN 接口， 每片芯片的8 位地址/ 數(shù)據(jù)總線和讀寫控制信號、鎖存信號直接與PCI9052 相連。SJA1000 輸出信號經(jīng)過光耦到CAN 收發(fā)器PCA82C250， PCA82C250 供電電源為隔離電源，由隔離電源轉(zhuǎn)換模塊提供。CAN 總線的復(fù)位信號由FPGA 提供， CAN 控制器SJA1000 的中斷信號輸出到FPGA。

　　圖1 CAN 冗余模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　3. 1 WDM 模式驅(qū)動程序

　　在Window s XP 操作系統(tǒng)中， 運(yùn)行于用戶模式的應(yīng)用程序訪問硬件資源是通過Win32 API 調(diào)用內(nèi)核模式的驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)的。這種內(nèi)核模式的驅(qū)動程序就是WDM(Window s Driver Model) 驅(qū)動程序， 它是微軟在Window s XP 操作系統(tǒng)中提出的新的驅(qū)動程序模式， 支持即插即用、電源管理和I/ O 管理等功能。圖2 是Window s XP 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　如圖2 所示設(shè)備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)的一個組成部分， 它由I/ O 管理器( I/ O Manager ) 管理和調(diào)動。

　　I/ O管理器每收到一個來自用戶應(yīng)用程序的請求就創(chuàng)建一個I/ O 請求包( IRP) 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 并將其作為參數(shù)傳遞給驅(qū)動程序。驅(qū)動程序通過識別IRP 中的物理設(shè)備對象( PDO) 來區(qū)別是發(fā)送給哪一個設(shè)備。IRP 結(jié)構(gòu)中存放請求的類型、用戶緩沖區(qū)的首地址、用戶請求數(shù)據(jù)的長度等信息。驅(qū)動程序處理完這個請求后， 在該結(jié)構(gòu)中填入處理結(jié)果的有關(guān)信息， 調(diào)用IoCompleteRequest 將其返回給I/ O 管理器， 用戶應(yīng)用程序的請求隨即返回。訪問硬件時， 驅(qū)動程序通過調(diào)用硬件抽象層的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

　　圖2 Windows XP 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。