“讓系統(tǒng)具有自愈能力”：基于Artix-7的四核同步模塊化冗余系統(tǒng)

　　冗余系統(tǒng)是為了為增加系統(tǒng)的可靠性，采取兩套或兩套以上相同、相對獨立配置的設(shè)計。采取兩套同樣配置的獨立硬件、軟件或設(shè)計等，可以做到在其中一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，另一套系統(tǒng)能立即啟動，代替工作。冗余系統(tǒng)因為前期投入巨大，后期的維護(hù)成本高，所以只有在高風(fēng)險(包括金融風(fēng)險、行政風(fēng)險、管理風(fēng)險以及危及生命安全的風(fēng)險)行業(yè)應(yīng)用比較廣泛，如：金融領(lǐng)域、核安全領(lǐng)域、航空領(lǐng)域、煤礦等領(lǐng)域。

　　而對于工業(yè)界，特別是現(xiàn)在的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時代，極大部分的公司實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，控制系統(tǒng)的自動化以及安全穩(wěn)定性對公司的生產(chǎn)經(jīng)營具有極大的影響，甚至影響到社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此控制內(nèi)核的處理器冗余系統(tǒng)開發(fā)變得非常重要。

　　MicroCore實驗室目前在開發(fā)超小型，基于微定序器的嵌入式處理器內(nèi)核具有非常多的經(jīng)驗，其處理器內(nèi)核可以在任何FPGA或ASIC技術(shù)中實現(xiàn)。他們最近實現(xiàn)了基于Artix-7 以 MCL51 為內(nèi)核的同步模塊冗余系統(tǒng)應(yīng)用，著實讓業(yè)界眼前一亮。

　　基于Artix-7的四核(MCL51內(nèi)核)同步模塊化冗余系統(tǒng)：

　　在今年6月，MicroCore實驗室將四個兼容8051微處理器核的MCL51處理器集成到售價$99的Avnet/Digilent Xilinx Arty 開發(fā)板上，該開發(fā)板基于Xilinx Artix-7 35T FPGA，具有同時驅(qū)動打印、音樂、顯示、鈴聲等多功能的能力(詳情參考 http://xilinx.eetrend.com/news/10248 )。而就在本周，MicroCor-e使用這個基于Artix-7 35T FPGA的四核開發(fā)板實現(xiàn)了一個多模塊同步冗余系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有探測大量軟件錯誤，以及及時重啟進(jìn)行修復(fù)的功能。每個處理器核模塊具有獨立的閾值邏輯，可以獨立檢測錯誤，使得失效模塊可以自動關(guān)閉甚至是重啟。而且完全實現(xiàn)完整的4核結(jié)構(gòu)只消耗700μsec。(從 Microcore app note[http://nebula.wsimg.com/0ee78ba5d125bb06faea0d625e2d9124?AccessKeyId=858... ]可以獲得更多的技術(shù)細(xì)節(jié)。)

　　當(dāng)然，MicroCore也給出了一個演示視頻，在視頻中，甚至考慮到該板卡出現(xiàn)嚴(yán)重輸入錯誤的情況，而視頻中很清晰的展現(xiàn)了該板卡的“自愈”能力。

　　四核的8051處理器僅僅占用了1227個Artix-7 LUT資源，只是Artix-7 35T FPGA可編程邏輯的很小一部分。并且在之前的視頻演示中，四個例子完美適配基于 Artix-7 A35T FPGA的Avnet/Digilent Xilinx Arty 開發(fā)板。此外，這個板卡的價格也是非常具有競爭力的。因為在購買板卡的同時，贈送價值 $2995的Xilinx Vivado HL Design版本的使用權(quán)(僅限于該板卡使用)。

　　Artix-7 A35T FPGA：

　　Artix-7是賽靈思28nn FPGA系列之一，它采用采用小型化封裝、統(tǒng)一的 Virtex 系列架構(gòu)，Artix-7 FPGA其核心優(yōu)勢在于高達(dá)6.6Gb/s的收發(fā)器速度以及最高 DSP 帶寬，可連接USB3.0等高速傳輸設(shè)備。目前在低成本超聲波、可編程邏輯控制器、軟件定義無線電、多協(xié)議機(jī)器視覺相機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用的非常廣泛。對于要求DSP-邏輯混合、增強(qiáng)視頻和圖像質(zhì)量并實現(xiàn)波形處理等功能的開發(fā)者這款FPGA具有非常大的吸引力。

　　而本次基于Artix-7 A35T FPGA的應(yīng)用只占用了很小的編程邏輯卻實現(xiàn)了四個處理器同步作用的功能，用戶使用“分而治之”的設(shè)計理念來搭建嵌入式系統(tǒng)，從而設(shè)計變得非常簡潔。使用該FPGA實現(xiàn)了功能和設(shè)計的雙贏。

　　總結(jié)：

　　MicroCore實驗室開發(fā)的多核同步處理器冗余系統(tǒng)，極大程度的發(fā)現(xiàn)在器件使用過程中產(chǎn)生的不可避免問題，甚至是極為嚴(yán)重的輸入錯誤。同時互不干擾的四核處理器給板卡提供一個非常安全穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。基于Artix-7的器件又在一個新的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了極高價值。相信在Xilinx公司的FPGA廣泛應(yīng)用下，各類器件板卡乃至工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)各項控制系統(tǒng)也會具有越來越強(qiáng)的“自愈”能力!