一種高可靠性的系統監測方法和系統的製作方法
2023-06-05 08:10:01
一種高可靠性的系統監測方法和系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高可靠性的系統監測方法和系統，應用於數據採集設備中，數據採集設備中包括CPU模塊和MCU模塊，CPU模塊中安裝有進程守護模塊，方法包括以下步驟：進程守護模塊獲取CPU模塊中各個工作進程的運行狀態的數據，並對該數據進行判斷；進程守護模塊對超出預設的正常範圍的數據所對應的工作進程發送復位指令；進程守護模塊獲取自身的運行狀態的數據並定時發送至MCU模塊中；若MCU模塊在指定時間內沒接收到進程守護模塊所發送的數據或者接收到的數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令。本發明以軟體和硬體的方式實現了對CPU模塊及其工作進程的多重監測保護，保證了CPU模塊工作的穩定性和可靠性。
【專利說明】一種高可靠性的系統監測方法和系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及系統監測管理領域，具體涉及一種可靠性較高的系統監測方法和系統。
【背景技術】
[0002]一般高性能的數據採集設備都使用高級嵌入式CPU，並運行嵌入式作業系統。目前市場普遍使用的是ARM/X86之類的CPU，具有32位甚至更高總線寬度，幾百兆到幾千兆的運行速度，內部結構複雜，運算能力很強。當選用這類複雜CPU作為系統主控單元時，常需要加載各種作業系統，簡稱OS,如嵌入式Linux、Win CE、Android、Vxfforks等,這類作業系統一般也是功能強大，結構非常複雜，以實現對各種資源的有效管理，並能夠運行用戶開發的應用程式，以實現特定功能。
[0003]在工業應用領域，有時候對於數據採集設備的可靠性要求非常高，以至於常規的方法並不能保證。這類硬體和軟體都非常複雜的設備，在提供高性能的同時，也留下各種潛在問題，這些問題有可能會導致數據丟失，控制錯誤，甚至損壞系統等後果。
[0004]OS 一般都帶有進程/線程管理功能，可以對進程進行調度和管理，對出現異常的進程進行重啟等工作。但是OS只能識別進程在資源使用方面的異常，不能識別進程在任務執行方面的異常。
[0005]一般來說，這類系統也都會使用內部或者外部看門狗來解決這類可靠性問題，但是看門狗只能識別系統主進程異常和系統死機，不能進一步識別更加具體的異常，所以很多時候效果並不是很好。
【發明內容】
[0006]為了克服現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種高可靠性的系統監測方法和系統，利用軟體和硬體的結合實現多級安全監控，最大程度保證了系統運行的穩定性。
[0007]為解決上述問題，本發明所採用的技術方案如下:
[0008]方案一:
[0009]一種高可靠性的系統監測方法，應用於數據採集設備中，數據採集設備中設有集成有進程守護模塊的CPU模塊和與CPU模塊電性連接的MCU模塊，方法包括以下步驟:
[0010]SlOl:進程守護模塊獲取CPU模塊中所運行的各個工作進程的運行狀態的數據，並對該數據進行判斷，若該數據超出預設的正常範圍，則執行S102，若在正常範圍內，則表示該工作進程工作正常；
[0011]S102:進程守護模塊對超出預設的正常範圍的數據所對應的工作進程發送復位指令，使該工作進程重新啟動；
[0012]S103:進程守護模塊獲取自身的運行狀態的數據並定時發送至MCU模塊中；
[0013]S104:若MCU模塊在指定時間內沒接收到進程守護模塊所發送的數據或者接收到的數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令，使CPU模塊重新啟動，否則表示進程守護模塊工作正常。
[0014]數據採集設備中還設有與MCU模塊電性連接的看門狗模塊，方法還包括以下步驟:
[0015]S105:MCU模塊定時向看門狗模塊發送清零指令；
[0016]S106:若看門狗模塊在指定時間內沒接收到MCU模塊所發送的清零指令，則向MCU模塊發送復位指令，使MCU模塊重新啟動，否則表示MCU模塊工作正常。
[0017]運行狀態的數據包括輸入數據的數值、輸出數據的數值、內存佔用率、CPU佔用率、時間片大小和數據發送的周期中的一種或多種。
[0018]當運行狀態的數據包括多種，在S101中，若任一種數據超出預設的正常範圍，則執行S102 ;在S104中，若接收到的任一數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令。
[0019]方案二:
[0020]一種高可靠性的系統監測系統，應用於數據採集設備中，數據採集設備中設有集成有進程守護模塊的CPU模塊和與CPU模塊電性連接的MCU模塊，系統包括以下模塊:
[0021]進程異常判斷模塊:設於進程守護模塊中，用於進程守護模塊獲取CPU模塊中所運行的各個工作進程的運行狀態的數據，並對該數據進行判斷，若該數據超出預設的正常範圍，則執行進程重啟模塊，若在正常範圍內，則表示該工作進程工作正常；
[0022]進程重啟模塊:設於進程守護模塊中，用於進程守護模塊對超出預設的正常範圍的數據所對應的工作進程發送復位指令，使該工作進程重新啟動；
[0023]數據發送模塊:設於進程守護模塊中，用於進程守護模塊獲取自身的運行狀態的數據並定時發送至MCU模塊中；
[0024]CPU異常判斷模塊:設於MCU模塊中，用於若MCU模塊在指定時間內沒接收到進程守護模塊所發送的數據或者接收到的數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令，使CPU模塊重新啟動，否則表示進程守護模塊工作正常。
[0025]數據採集設備中還設有與MCU模塊電性連接的看門狗模塊，系統還包括以下模塊:
[0026]指令發送模塊:設於MCU模塊中，用於MCU模塊定時向看門狗模塊發送清零指令；
[0027]MCU異常判斷模塊:設於看門狗模塊中，用於若看門狗模塊在指定時間內沒接收到MCU模塊所發送的清零指令，則向MCU模塊發送復位指令，使MCU模塊重新啟動，否則表示MCU模塊工作正常。
[0028]運行狀態的數據包括輸入數據的數值、輸出數據的數值、內存佔用率、CPU佔用率、時間片大小和數據發送的周期中的一種或多種。
[0029]當運行狀態的數據包括多種，在進程異常判斷模塊中，若任一種數據超出預設的正常範圍，則執行進程重啟模塊；在CPU異常判斷模塊中，若接收到的任一數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令。
[0030]相比現有技術，本發明的有益效果在於:以軟體和硬體的方式實現了對CPU模塊及其工作進程的多重監測保護，保證了 CPU模塊工作的穩定性和可靠性。首先通過軟體(即進程守護模塊)對CPU模塊中的各個工作進程進行監測，將異常的工作進程進行重啟，不影響CPU模塊的整體工作，然後通過MCU模塊對CPU模塊和進程守護模塊本進行監測，發現異常將對CPU模塊進行重啟，進一步再通過看門狗模塊對MCU模塊進行監測，保證MCU模塊的正常工作，最終也是為了保證CPU模塊能正常工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明的高可靠性的系統監測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]下面，結合附圖以及【具體實施方式】，對本發明做進一步描述:
[0033]參考圖1，高可靠性的系統監測方法，應用於數據採集設備中，數據採集設備中設有用於控制數據採集設備的工作狀態的CPU模塊，該CPU模塊為高性能的CPU，其內部運行嵌入式Linux或者Win CE或者其它的作業系統，在作業系統中以工作進程的方式管理著不同的任務，這些任務實現該數據採集設備的特定功能，如負責數據採集的工作進程，負責數據存儲和查找的工作進程，負責顯示的工作進程，負責網絡通信的工作進程等，這些工作進程共同實現該數據採集設備的主要設計功能。
[0034]本發明在CPU模塊中增加一個進程守護模塊，該進程守護模塊實質上是運行於CPU模塊的系統中的一個進程，用於監測CPU模塊中所運行的各個工作進程的運行狀態，當然也可監測自身的運行狀態。
[0035]CPU模塊與一 MCU模塊電性連接，具體可通過串行總線或者並行總線進行連接，該MCU模塊性能較低，但穩定性較高，其內部運行有微型系統，上述的進程守護模塊與該MCU模塊進行通信，MCU模塊在進程守護模塊出現異常時，對CPU模塊發送復位指令，使CPU模塊重新啟動。進一步地，MCU模塊與一看門狗模塊電性連接，該看門狗模塊為硬體模塊，其作用是在MCU模塊異常時向MCU模塊發送復位指令，使其重新啟動。
[0036]其中，上述各個模塊之間的具體工作內容和流程將在下面的方法中詳細描述。
[0037]該方法包括以下步驟:
[0038]SlOl:進程守護模塊獲取CPU模塊中所運行的各個工作進程的運行狀態的數據，並對該數據進行判斷，若該數據超出預設的正常範圍，則執行S102，若在正常範圍內，則表示該工作進程工作正常。
[0039]對於一個工作進程而言，一旦創建，則在這個工作進程中，輸入數據的數值、輸出數據的數值、內存佔用率、CPU佔用率、時間片大小和數據發送的周期等數據都會確定在一個範圍內，這些數據統稱為這個工作進程的運行狀態的數據。因此，對這些數據進行判斷，若任一數據超出預設的正常範圍，則為異常。而預設的正常範圍，是由該進程所代表的程序或任務在設計完成時便有著明確的限定，如何去獲取進程中的各種數據在計算機領域中為現有技術，在此不再贅述。對於進程守護模塊的工作內容，在於獲取進程的運行狀態的數據後，將其與預設的正常範圍做對比。
[0040]例如，某個工作進程在實際工作中，時間片的佔用一直少於2%，但某個時間點開始卻保持在大於10%的狀態，那麼這個時間片佔用超出了正常的範圍，便可判斷為異常。再如，某個工作進程的工作是對一組原始數據進行統計，統計結果作為其輸出。這個統計結果會每分鐘產生一個，而且其數值範圍有明確的限定，如果在某個時間點的輸出統計結果卻明顯超出範圍，則可判斷為異常，如果超過了一分鐘加上允許的時間波動值還沒輸出統計結果，也可判斷為異常。
[0041]S102:此時，進程守護模塊對超出預設的正常範圍的數據所對應的工作進程發送復位指令，使該工作進程重新啟動。
[0042]通過SlOl和S102，是利用安裝於CPU模塊中的進程守護模塊實現對各個工作進程進行監控，設置進程守護模塊的有益效果在於，它是針對CPU模塊中的工作進程進行監控，當某個工作進程出現異常時，只需要重啟該工作進程便可，並沒有重啟整個CPU模塊，所以可以將進程異常的影響控制在非常小的範圍，而且時間非常短。
[0043]由於整個CPU模塊或者守護進程本身也可能會出現異常，所以有必要採取進一步的措施。
[0044]S103:進程守護模塊獲取自身的運行狀態的數據並定時發送至MCU模塊中。
[0045]由於MCU模塊相對CPU模塊較為簡單和穩定，因此其運算速度和通信速度都較低，所以進程守護模塊採取降低刷新率的方式將數據發送至MCU模塊，以減輕MCU的符合。
[0046]S104:若MCU模塊在指定時間內沒接收到進程守護模塊所發送的數據或者接收到的任一數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令，使CPU模塊重新啟動，否則表示進程守護模塊工作正常。
[0047]由於進程守護模塊是採取定時的方式將數據發送至MCU模塊，因此如果MCU模塊在間隔的時間內沒接收到進程守護模塊有數據發送過來，則表示進程守護模塊或者CPU模塊出現了異常。另外，若接收到進程守護模塊所發送的數據超出預設的正常範圍，則表示進程守護模塊出現異常。
[0048]通過S103和S104，是利用一個MCU模塊對CPU模塊進行監測，由於進程守護模塊只負責採集和傳輸CPU模塊中的數據，沒有複雜的運算，因此是較為穩定的，當該進程守護模塊或者CPU模塊出現異常時，MCU模塊便向CPU模塊發送復位指令，使CPU模塊重啟，即其中所有的進程也重啟。通過MCU模塊的監測，以較小的代價保證CPU模塊在出現異常時能恢復正常工作。
[0049]由於MCU模塊也可能會出現異常，因此有必要採取再進一步的措施。
[0050]S105 =MCU模塊定時向看門狗模塊發送清零指令；
[0051]S106:若看門狗模塊在指定時間內沒接收到MCU模塊所發送的清零指令，則向MCU模塊發送復位指令，使MCU模塊重新啟動，否則表示MCU模塊工作正常；
[0052]上述看門狗模塊和MCU模塊之間的工作原理是，看門狗模塊內部設有定時器，MCU模塊會定時向看門狗模塊發送清零指令使定時器清零，若MCU模塊出現異常，無法發送清零指令至看門狗模塊，則看門狗模塊內的定時器觸發，向MCU模塊發送復位指令，使MCU模塊重啟。
[0053]通過執行上述S101-S106的步驟，以軟體和硬體的方式實現了對CPU模塊及其工作進程的多重監測保護，保證了 CPU模塊工作的穩定性和可靠性。首先通過軟體(即進程守護模塊)對CPU模塊中的各個工作進程進行監測，將異常的工作進程進行重啟，不影響CPU模塊的整體工作，然後通過MCU模塊對CPU模塊和進程守護模塊本進行監測，發現異常將對CPU模塊進行重啟，進一步再通過看門狗模塊對MCU模塊進行監測，保證MCU模塊的正常工作，最終也是為了保證CPU模塊能正常工作。
[0054]對應於上述高可靠性的系統監測方法，本發明還公開了一種高可靠性的系統監測系統。
[0055]該系統包括以下模塊:
[0056]進程異常判斷模塊:設於CPU模塊中，用於進程守護模塊獲取CPU模塊中所運行的各個工作進程的運行狀態的數據，並對該數據進行判斷，若該數據超出預設的正常範圍，則執行進程重啟模塊，若在正常範圍內，則表示該工作進程工作正常；
[0057]進程重啟模塊:設於CPU模塊中，用於進程守護模塊獲取自身的運行狀態的數據並定時發送至MCU模塊中；
[0058]數據發送模塊:設於CPU模塊中，用於進程守護模塊獲取自身的運行狀態的數據並定時發送至MCU模塊中；
[0059]CPU異常判斷模塊:設於MCU模塊中，用於若MCU模塊在指定時間內沒接收到進程守護模塊所發送的數據或者接收到的數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令，使CPU模塊重新啟動，否則表示進程守護模塊工作正常。
[0060]還包括以下模塊:
[0061]指令發送模塊:設於MCU模塊中，用於MCU模塊定時向看門狗模塊發送清零指令；
[0062]MCU異常判斷模塊:設於看門狗模塊中，用於若看門狗模塊在指定時間內沒接收到MCU模塊所發送的清零指令，則向MCU模塊發送復位指令，使MCU模塊重新啟動，否則表示MCU模塊工作正常。
[0063]其中，運行狀態的數據包括輸入數據的數值、輸出數據的數值、內存佔用率、CPU佔用率、時間片大小和數據發送的周期中的一種或多種。當運行狀態的數據包括多種，在進程異常判斷模塊中，若任一種數據超出預設的正常範圍，則執行進程重啟模塊；在CPU異常判斷模塊中，若接收到的任一數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令。
[0064]對本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應該屬於本發明權利要求的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種高可靠性的系統監測方法，其特徵在於，應用於數據採集設備中，數據採集設備中設有集成有進程守護模塊的CPU模塊和與CPU模塊電性連接的MCU模塊，方法包括以下步驟: SlOl:進程守護模塊獲取CPU模塊中所運行的各個工作進程的運行狀態的數據，並對該數據進行判斷，若該數據超出預設的正常範圍，則執行S102，若在正常範圍內，則表示該工作進程工作正常； S102:進程守護模塊對超出預設的正常範圍的數據所對應的工作進程發送復位指令，使該工作進程重新啟動； 5103:進程守護模塊獲取自身的運行狀態的數據並定時發送至MCU模塊中； 5104:若MCU模塊在指定時間內沒接收到進程守護模塊所發送的數據或者接收到的數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令，使CPU模塊重新啟動，否則表示進程守護模塊工作正常。
2.根據權利要求1所述的高可靠性的系統監測方法，其特徵在於，數據採集設備中還設有與MCU模塊電性連接的看門狗模塊，方法還包括以下步驟: 5105:MCU模塊定時向看門狗模塊發送清零指令； 5106:若看門狗模塊在指定時間內沒接收到MCU模塊所發送的清零指令，則向MCU模塊發送復位指令，使MCU模塊重新啟動，否則表示MCU模塊工作正常。
3.根據權利要求1所述的高可靠性的系統監測方法，其特徵在於，運行狀態的數據包括輸入數據的數值、輸出數據的數值、內存佔用率、CPU佔用率、時間片大小和數據發送的周期中的一種或多種。
4.根據權利要求3所述的高可靠性的系統監測方法，其特徵在於，當運行狀態的數據包括多種，在SlOl中，若任一種數據超出預設的正常範圍，則執行S102 ;在3104中，若接收到的任一數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令。
5.一種高可靠性的系統監測系統，其特徵在於，應用於數據採集設備中，數據採集設備中設有集成有進程守護模塊的CPU模塊和與CPU模塊電性連接的MCU模塊，系統包括以下模塊: 進程異常判斷模塊:設於進程守護模塊中，用於進程守護模塊獲取CPU模塊中所運行的各個工作進程的運行狀態的數據，並對該數據進行判斷，若該數據超出預設的正常範圍，則執行進程重啟模塊，若在正常範圍內，則表示該工作進程工作正常； 進程重啟模塊:設於進程守護模塊中，用於進程守護模塊對超出預設的正常範圍的數據所對應的工作進程發送復位指令，使該工作進程重新啟動； 數據發送模塊:設於進程守護模塊中，用於進程守護模塊獲取自身的運行狀態的數據並定時發送至MCU模塊中； CPU異常判斷模塊:設於MCU模塊中，用於若MCU模塊在指定時間內沒接收到進程守護模塊所發送的數據或者接收到的數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令，使CPU模塊重新啟動，否則表示進程守護模塊工作正常。
6.根據權利要求5所述的高可靠性的系統監測系統，其特徵在於，數據採集設備中還設有與MCU模塊電性連接的看門狗模塊，系統還包括以下模塊: 指令發送模塊:設於MCU模塊中，用於MCU模塊定時向看門狗模塊發送清零指令； MCU異常判斷模塊:設於看門狗模塊中，用於若看門狗模塊在指定時間內沒接收到MCU模塊所發送的清零指令，則向MCU模塊發送復位指令，使MCU模塊重新啟動，否則表示MCU模塊工作正常。
7.根據權利要求5所述的高可靠性的系統監測系統，其特徵在於，運行狀態的數據包括輸入數據的數值、輸出數據的數值、內存佔用率、CPU佔用率、時間片大小和數據發送的周期中的一種或多種。
8.根據權利要求7所述的高可靠性的系統監測系統，其特徵在於，當運行狀態的數據包括多種，在進程異常判斷模塊中，若任一種數據超出預設的正常範圍，則執行進程重啟模塊；在CPU異常判斷模塊中，若接收到的任一數據超出預設的正常範圍，則向CPU模塊發送復位指令。
【文檔編號】G06F11/30GK104407958SQ201410604699
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】李朝陽 申請人:廣州博控自動化技術有限公司