單片機(jī)多CPU系統(tǒng)設(shè)計

3 雙機(jī)仲裁切換邏輯電路

在該雙CPU控制系統(tǒng)中，兩者互為熱備份，同時運(yùn)行，一臺為主機(jī)，另一臺為備份機(jī)。在雙CPU都正常運(yùn)行的情況下，系統(tǒng)默認(rèn)CPU1為主機(jī)， CPU2為備份機(jī)。當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時，要求系統(tǒng)能自動切換到備份機(jī)，使備份機(jī)提升成為主機(jī)，從而代替原主機(jī)從故障發(fā)生處連續(xù)運(yùn)行并發(fā)出報警信號。同時要求能通過手動開關(guān)人為選定主機(jī)運(yùn)行。設(shè)判別兩個CPU是否正常工作的信號分別為ST1、ST2，工作正常時它們的狀態(tài)為1，工作不正常時狀態(tài)為0。仲裁切換電路輸出為0的控制端控制工作正常的CPU的相應(yīng)三態(tài)門組使能，仲裁切換電路輸出為1的控制端控制另一CPU的相應(yīng)三態(tài)門組禁止輸出。自動或手動選擇主機(jī)的控制開關(guān)為S，當(dāng)兩個CPU都工作正常時，可通過S開關(guān)自動選擇或指定主機(jī)（當(dāng)S開關(guān)狀態(tài)為1時為自動默認(rèn)CPU1為主機(jī)，當(dāng)S開關(guān)狀態(tài)為0時則強(qiáng)制CPU2為主機(jī)）；當(dāng)兩個CPU中任意一個工作不正常時，則此時與S開關(guān)的狀態(tài)無關(guān)，仲裁切換電路的輸出能確保只有與工作正常的CPU相連的三態(tài)門組的使能端為0，從而控制該正常CPU正常讀寫數(shù)據(jù)和輸出控制；當(dāng)兩個CPU都不正常時，仲裁切換電路的兩個輸出都為1，兩個CPU都不能正常讀寫數(shù)據(jù)和輸出控制。這樣當(dāng)兩個CPU中任何一個或全正常時就能保證只有一個CPU能正常讀寫數(shù)據(jù)和輸出控制，當(dāng)兩個CPU都不正常時，則理所當(dāng)然系統(tǒng)不能正常工作。按要求可得真值表如表1所示。

由真值表可得仲裁切換電路的兩路控制三態(tài)門的控制信號邏輯CTL1、CTL2分別為：

，

構(gòu)成的仲裁切換電路如圖2所示。

4 CPU狀態(tài)監(jiān)控電路

監(jiān)控電路采用了具有電源監(jiān)控電路和看門狗功能的微處理芯片MAX813L，該芯片它具有4個功能：

① 看門狗計時器功能。當(dāng)看門狗輸入信號在1.6s內(nèi)無變化時，產(chǎn)生看門狗輸出；

② 電壓監(jiān)控功能。當(dāng)?shù)綦娀螂娫幢O(jiān)測電壓低于1.25V時，產(chǎn)生掉電輸出；

③ 上電復(fù)位功能。當(dāng)上電時自動產(chǎn)生脈寬200ms的復(fù)位信號；

④ 人工復(fù)位功能。當(dāng)人工復(fù)位端輸入低電平時，產(chǎn)生復(fù)位信號輸出。

MAX813L采用DIP-8封裝，如圖3所示，引腳功能說明如下：

① MR：手工復(fù)位輸入端，可接人工復(fù)位按鈕，該端輸入低電平保持140ms以上，可產(chǎn)生復(fù)位（RST）信號；

② Vcc：+5v電源；

③ GND：電源地；

④ PFI：電源檢測輸入端；

⑤ PFO：電源檢測輸出端，電源正常時，保持高電平；

⑥ WDI：看門狗輸入端。俗稱“喂狗”信號，必須在1.6s內(nèi)使該端輸入反向信號；

⑦ RST：復(fù)位輸出端。高電平有效，可輸出200ms的正脈沖，當(dāng)電源Vcc低于4.65v時，RST保持高電平；

⑧ WDO：看門狗輸出端。正常工作時輸出高電平，當(dāng)WDI信號在1.6s內(nèi)不能及時送入并反向時，該端輸出低電平信號。

因AT89C51無看門狗功能，為了監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，在本系統(tǒng)中主要利用的是MAX813L的看門狗計時器功能。其中看門狗輸入端WDI由CPU的P3.4提供，CPU在規(guī)定的時間內(nèi)定時改變P3.4

的狀態(tài)，由看門狗輸出端WDO提供當(dāng)前CPU的狀態(tài)信號至仲裁切換電路的STi（i =1或2）端，從而由仲裁切換電路自動或手動確定主機(jī)。圖4為用MAX813L為CPU1接的看門狗電路，當(dāng)CPU1工作正常時能正常提供P3.4信號則WDO端ST1輸出高電平，D1亮D2滅；當(dāng)CPU1工作不正常時不能正常提供P3.4信號則WDO端ST1輸出低電平，D2亮D1滅。