雙機冷備計算機信號切換的設計與實現(xiàn)

0 引言
計算機是系統(tǒng)的核心部件，擔負著控制、數(shù)據(jù)處理、通信等工作，高可靠性是對計算機最重要的要求之一；冗余技術就是在系統(tǒng)中設計二套或二套以上完成同一給定任務的設備的技術，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，冗余配置的設備介入并承擔工作，由此縮短系統(tǒng)的故障時間，提高系統(tǒng)的可靠性。冗余設計可采取的方式多種多樣，按照冗余的程度可分為1：1冗余、1：2冗余等多種，按照工作方式分為熱備份冗余和冷備份冗余。雙機冗余冷備份為采用1：1系統(tǒng)級冷備份冗余方式，其設計相對簡單、可靠性高。

1 系統(tǒng)實現(xiàn)原理
雙機冷備計算機系統(tǒng)由兩套獨立計算機(標識為A、B系統(tǒng))組成，兩套計算機軟、硬件配置均相同，配置有CPU模塊、擴展模塊、電源(將外部+24V供電變換為+5V、+3．3v電源)。兩套計算機有獨立的加電開關，各有一套I／O信號，例如：VGA接口、PS／2接口、網(wǎng)絡接口、USB接口等；通過加電開關選擇任一套計算機工作，信號切換電路自動識別選擇該計算機I／O接口對外提供，即將處于工作狀態(tài)的計算機的I／O信號接通對外連接，而此時另一套計算機不工作，處于冷備份狀態(tài)。當處于工作狀態(tài)的計算機(如A系統(tǒng))發(fā)生故障時，即關閉A系統(tǒng)，啟動B系統(tǒng)并通過信號切換電路將B系統(tǒng)對應的接口對外引出。
信號選擇與切換電路的設計是整個雙機冷備計算機系統(tǒng)設計的關鍵環(huán)節(jié)之一，也是關系到雙機冷備計算機系統(tǒng)可靠性的重點。本設計中，A、B系統(tǒng)信號切換功能是通過專門的信號切換模塊實現(xiàn)的，任一套計算機加電即可實現(xiàn)該系統(tǒng)的接口信號通過切換芯片對外引出；其具備的切換功能如下：
(1)支持VGA顯示信號2選1輸出；
(2)支持PS／2鍵盤信號2選1輸出；
(3)支持PS／2鼠標信號2選1輸出；
(4)支持USB信號2選1輸出；
(5)支持1553B總線信號2選1輸出；
(6)支持RS422串口信號2選1輸出；
(7)支持4路10M／100M自適應以太網(wǎng)交換端口。

2 硬件設計
2．1 電源選擇電路設計
信號切換模塊需將處于工作狀態(tài)的計算機的I／O信號接通對外連接。也就是說，信號切換模塊上的各切換芯片工作電源由其中一個系統(tǒng)(A系統(tǒng)或B系統(tǒng))的電源提供，再配合控制信號(如EN使能信號等)的控制即可實現(xiàn)切換芯片的信號切換。電源選擇電路實現(xiàn)的功能是要判斷A、B系統(tǒng)的通斷電狀態(tài)，并選擇上電系統(tǒng)的電源提供給切換芯片工作。
設計選用兩個桂林航天電子的電磁繼電器2JT5-2(額定負載為12V／5A)來完成，原理框圖如圖1所示。以電源模塊輸出的+5V電源為例，A系統(tǒng)的+5V電源輸出連線進電磁繼電器的被控制端，同時也引線至電磁繼電器的控制端(即線包)；B系統(tǒng)的+5V電源連接方式同A系統(tǒng)。

電源選擇電路由A、B兩個系統(tǒng)電源供電，當其中一套計算機接收外部+24V供電，并通過電源模塊轉換為+5V輸出時，該路繼電器的控制端(即線包)達到動作電壓，隨之被控制端閉合，即可將該+5V電源輸出至各個切換芯片。由于另一路繼電器斷開，所以電源選擇電路的輸出電源不會影響另一路輸入電源，不會影響另個系統(tǒng)的狀態(tài)。