二乘二取二冗餘系統及方法
2023-06-14 04:06:11
二乘二取二冗餘系統及方法
【專利摘要】本發明提供了二乘二取二冗餘系統及方法。該系統包括：第一部分，包括分別經由第一主和輔串行通信電路連接的第一、第二子系統，和第一門電路；第二部分，包括分別經由第二主和輔串行通信電路連接的第三、第四子系統，和第二門電路；以及切換機構。所有子系統分別同時接收相同輸入信號並分別執行相同處理。每個子系統分別經由主和輔串行通信電路從對端子系統接收對端數據信息並同時向對端子系統發送本端數據信息，以及將對端數據信息與本端數據信息進行比較並生成比較結果信號。每個門電路根據子系統生成的比較結果信號生成處理結果信號。切換機構根據門電路生成的處理結果信號生成切換控制信號。本發明實現了更為先進的二乘二取二冗餘系統設計。
【專利說明】二乘二取二冗餘系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明一般涉及計算機系統可靠性設計，具體地，涉及二乘二取二冗餘系統及方法。
【背景技術】
[0002]冗餘技術是計算機系統可靠性設計中經常採用的一種技術，其可以作為提高計算機系統可靠性的一種有效方法。目前，隨著電子技術和計算機技術的迅速發展，人們對於系統可靠性、安全性的要求日益增長。二乘二取二冗餘系統被提出作為一種能夠實現比較高的可靠性的冗餘結構。
[0003]現有的二乘二取二冗餘系統可以被構建為指令級校核系統和任務級校核系統。指令級校核系統需要在每一條指令周期都進行比較和表決，而任務級校核系統只有當對外執行操作時才進行比較和表決。指令級校核系統的實時性強，但其設計和調試難度較大。任務級校核系統實時性較弱。
[0004]不論是指令級校核系統還是任務級校核系統，現有的二乘二取二冗餘系統都具有比較器、表決器等專用硬體電路。雖然這種架構具有實時性強、能夠及早發現故障的優點，但是，專用硬體電路存在硬體開銷增加、不冗餘、可檢測故障範圍或可提供故障信息存在局限性、設計和調試難度大等缺點。從而，影響了現有的二乘二取二冗餘系統的可靠性的提升。
[0005]因此，本領域需要更為先進的二乘二取二冗餘系統及相應方法，以便滿足更高的可靠性要求。
【發明內容】
[0006]本發明提供了更為先進的二乘二取二冗餘系統及方法。
[0007]根據一個方面，本發明提供了一種二乘二取二冗餘系統。該二乘二取二冗餘系統可以包括:第一部分，其包括第一子系統、第二子系統和第一門電路，所述第一、第二子系統分別經由第一主串行通信電路和第一輔串行通信電路連接，所述第一門電路分別連接到所述第一、第二子系統的輸出端；第二部分，其包括第三子系統、第四子系統和第二門電路，所述第三、第四子系統分別經由第二主串行通信電路和第二輔串行通信電路連接，所述第二門電路分別連接到所述第三、第四子系統的輸出端；以及切換機構，其分別連接到所述第一、第二門電路的輸出端。所述第一、第二、第三和第四子系統分別同時接收相同的輸入信號並且分別對所述輸入信號執行相同的處理過程。所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統被配置為:分別經由與該子系統連接的主串行通信電路和輔串行通信電路，從對端子系統接收對端數據信息並且同時向所述對端子系統發送本端數據信息；以及將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較並生成用於指示比較結果的比較結果信號。所述第一和第二門電路中的每一個門電路被配置為:根據由與該門電路連接的兩個子系統所生成的比較結果信號，生成處理結果信號以表明該門電路所在的系是否工作正常。所述切換機構被配置為:根據所述第一和第二門電路所生成的處理結果信號，生成切換控制信號以對控制權的歸屬進行控制。
[0008]上述系統還可以包括:具有相同的固定定時周期的第一和第二定時器電路，所述第一定時器電路被配置為同時向所述第一和第二子系統提供定時觸發，所述第二定時器電路被配置為同時向所述第三和第四子系統提供定時觸發。所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統可以被配置為:響應於該子系統所連接的定時器電路的定時觸發，從所述對端子系統接收所述對端數據信息並且同時向所述對端子系統發送所述本端數據信肩、O
[0009]在上述系統中，所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統可以被配置為通過以下操作來將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較並生成用於指示比較結果的比較結果信號。首先執行首次判斷過程，包括:將經由所述主串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較；如果確定比較結果為一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號，如果確定比較結果為不一致，則將經由所述輔串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較；在對經由所述輔串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較的過程中，如果確定比較結果為一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號，如果確定比較結果為不一致，則嘗試執行再次判斷過程。接著，執行所述再次判斷過程，包括:經由所述主串行通信電路和/或輔串行通信電路命令所述對端子系統重新發送所述對端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送對端數據信息；以及重複執行所述首次判斷過程中包括的各個操作。如果在所述再次判斷過程被執行了預定次數後仍然確定比較結果為不一致，則不再嘗試執行所述再次判斷過程並且生成指示比較結果為不一致的比較結果信號。
[0010]在上述系統中，所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統還可以被配置為:如果經由所述主串行通信電路和/或輔串行通信電路接收到對端子系統要求該子系統重新發送本端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信息的命令，則重新發送所述本端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信息。
[0011 ] 在上述系統中，所述對端數據信息和所述本端數據信息中的每一個都可以包括位於各自子系統的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號。從而，所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統可以被配置為通過以下操作來將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較:將所述對端數據信息中包括的位於數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號與所述本端數據信息中包括的位於對應的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個對應信號逐一進行比較；以及如果所有對應信號均為一致，則確定所述比較結果為一致，如果存在至少一對不一致的對應信號，則確定所述比較結果為不一致。
[0012]在上述系統中，所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統可以被配置為:如果確定比較結果為不一致，則存儲當前進行比較的所述對端數據信息和所述本端數據信息。
[0013]在上述系統中，所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統可以包括:兩個串行通信電路接口，其分別連接所述主串行通信電路和所述輔串行通信電路；以及處理單元，其被配置為執行所述接收對端數據信息、所述發送本端數據信息以及所述將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較並生成比較結果信號的操作。
[0014]上述系統還可以包括:具有固定定時周期的第一和第二單脈衝定時器電路，所述第一單脈衝定時器電路被配置用於使得所述第一和第二子系統實現同步，所述第二單脈衝定時器電路被配置用於使得所述第三和第四子系統實現同步。
[0015]根據另一個方面，本發明提供了一種用於二乘二取二冗餘系統的方法。所述系統包括:第一部分，其包括第一子系統、第二子系統和第一門電路，所述第一、第二子系統分別經由第一主串行通信電路和第一輔串行通信電路連接，所述第一門電路分別連接到所述第一、第二子系統的輸出端；第二部分，其包括第三子系統、第四子系統和第二門電路，所述第三、第四子系統分別經由第二主串行通信電路和第二輔串行通信電路連接，所述第二門電路分別連接到所述第三、第四子系統的輸出端；以及切換機構，其分別連接到所述第一、第二門電路的輸出端。所述方法包括:由所述第一、第二、第三和第四子系統分別同時接收相同的輸入信號並且分別對所述輸入信號執行相同的處理過程；由所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統執行以下操作:分別經由與該子系統連接的主串行通信電路和輔串行通信電路，從對端子系統接收對端數據信息並且同時向所述對端子系統發送本端數據信息；以及將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較並生成用於指示比較結果的比較結果信號；由所述第一和第二門電路中的每一個門電路根據由與該門電路連接的兩個子系統所生成的比較結果信號，生成處理結果信號以表明該門電路所在的系是否工作正常；以及由所述切換機構根據所述第一和第二門電路所生成的處理結果信號，生成切換控制信號以對控制權的歸屬進行控制。
[0016]所述系統還可以包括具有相同的固定定時周期的第一和第二定時器電路，所述第一定時器電路被配置為同時向所述第一和第二子系統提供定時觸發，所述第二定時器電路被配置為同時向所述第三和第四子系統提供定時觸發。在上述方法中，所述由所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統從對端子系統接收對端數據信息並且同時向所述對端子系統發送本端數據信息可以包括:響應於該子系統所連接的定時器電路的定時觸發，從所述對端子系統接收所述對端數據信息並且同時向所述對端子系統發送所述本端數據信息。
[0017]在上述方法中，所述由所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較並生成用於指示比較結果的比較結果信號可以包括一下操作。執行首次判斷過程，包括:將經由所述主串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較；如果確定比較結果為一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號，如果確定比較結果為不一致，則將經由所述輔串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較；在對經由所述輔串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較的過程中，如果確定比較結果為一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號，如果確定比較結果為不一致，則嘗試執行再次判斷過程。執行所述再次判斷過程，包括:經由所述主串行通信電路和/或輔串行通信電路命令所述對端子系統重新發送所述對端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送對端數據信息；以及重複執行所述首次判斷過程中包括的各個操作。如果在所述再次判斷過程被執行了預定次數後仍然確定比較結果為不一致，則不再嘗試執行所述再次判斷過程並且生成指示比較結果為不一致的比較結果信號。
[0018]上述方法還可以包括:如果所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統經由所述主串行通信電路和/或輔串行通信電路接收到對端子系統要求該子系統重新發送本端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信息的命令，則重新發送所述本端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信
肩、O
[0019]所述對端數據信息和所述本端數據信息中的每一個都包括位於各自子系統的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號。在上述方法中，所述由所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較可以包括:將所述對端數據信息中包括的位於數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號與所述本端數據信息中包括的位於對應的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個對應信號逐一進行比較；以及如果所有對應信號均為一致，則確定所述比較結果為一致，如果存在至少一對不一致的對應信號，則確定所述比較結果為不一致。
[0020]上述方法還可以包括:如果所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統確定比較結果為不一致，則存儲當前進行比較的所述對端數據信息和所述本端數據信息。
[0021]所述系統還可以包括具有固定定時周期的第一和第二單脈衝定時器電路。上述方法還可以包括:利用所述第一單脈衝定時器電路使得所述第一和第二子系統實現同步，以及利用所述第二單脈衝定時器電路使得所述第三和第四子系統實現同步。
[0022]通過本發明的方案，可以實現更為先進的二乘二取二冗餘系統及方法。根據本發明的二乘二取二冗餘系統設計具有以下優點:減少了硬體開銷、降低了成本；硬體設計簡單、容易調試；通過去掉無冗餘的比較器和表決器等專用硬體電路、獲得串行通信電路冗餘、實現串行數據傳輸奇偶和CRC兩級校驗、取得軟體容錯等，提高了系統的可靠性；子系統中的處理單元可以定時地通過串行通信電路交換數據信息並進行校核，比現有的任務級校核系統實時性強；可以通過選用高速處理單元並且實施並行操作機制來滿足系統實時性的要求；以及當確定出現故障時，可以存儲相關數據信息以便於後續進行故障診斷等。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1示出了現有的二乘二取二冗餘系統的應用框圖；
[0024]圖2示出了根據本發明實施例的二乘二取二冗餘系統的示意圖；以及
[0025]圖3示出了用於根據本發明實施例的二乘二取二冗餘系統的示意性方法流程圖。
【具體實施方式】
[0026]在本發明實施例提供的二乘二取二冗餘系統的設計中，去掉了現有二乘二取二冗餘系統中的比較器和表決器等專用硬體電路，在每個系的兩個子系統之間採用冗餘的串行通信電路來交換、共享信息。每個系的兩個子系統中的處理單元可以同時進行校核，完成比較和表決功能。當出現故障時，每個系的兩個子系統都可以輸出指示信號，使得故障導向安全。根據本發明的實施例，子系統中處理單元的處理功能得以增強，實現了現有系統中由專用硬體電路所實現的部分功能並且實現了對經由串行通信電路交換的信息的校核。[0027]以下將以明確易懂的方式通過對優選實施例的說明並結合附圖來對本發明的上述特性、技術特徵、優點及其實現方式予以進一步說明。
[0028]首先，結合圖1描述現有的二乘二取二冗餘系統及其具體應用。
[0029]圖1示出了現有的二乘二取二冗餘系統的應用框圖。具體地，現有的二乘二取二冗餘系統可以包括圖1所示的第一部分110、第二部分120以及切換機構130。此外，圖1還示意性地示出了與該二乘二取二冗餘系統的具體應用相關的電路結構，該電路結構可以包括接口電路140、接口電路150以及上一級設備160。
[0030]現有的二乘二取二冗餘系統可以包括互為熱備的兩個系，如I系110和II系120。第一部分110和第二部分120可以互為「或」的關係。第一部分110和第二部分120中的每一個可以包括兩個子系統、比較器和表決器等。例如，第一部分110可以包括第一子系統112、第二子系統114、比較器116和表決器118，第二部分120可以包括第三子系統122、第四子系統124、比較器126和表決器128。第一子系統112、第二子系統114、第三子系統122、第四子系統124中的每一個子系統都可以包括處理單元(例如CPU)、存儲器、解碼電路、I/O接口電路等(未示出)。此外，同一個系內的兩個子系統可以共用時鐘電路，並且可以互為「與」的關係。
[0031]下面以圖1所示的二乘二取二冗餘系統構成了指令級校核系統為例，說明現有的
二乘二取二冗餘系統的示意性工作原理。
[0032]如圖1所示，可以將相同的輸入信號同時提供給第一部分110中的第一子系統112、第二子系統114以及第二部分120中的第三子系統122、第四子系統124。例如,在鐵路信號系統中，該輸入信號可以是來自信號機、轉轍機、軌道電路等的信號。此外，在其它應用場景中，該輸入信號也可以是來自任何其它設備的信號。
[0033]通常，在二乘二取二冗餘系統上電或復位後，可以默認第一部分110中的第一子系統112具有控制權。在接收到輸入信號後，第一部分110和第二部分120中的各個子系統可以分別對輸入信號執行相同的處理過程，其中，各個子系統是獨立同步運行的。此處的處理過程可以被用於基於輸入信號生成將被提供給上一級設備160使用的輸出信號。
[0034]在每一個指令周期，各個子系統都會將其在處理輸入信號期間生成的信號發送給相連接的比較器。例如，各個子系統可以將其數據總線、地址總線和控制總線中至少一個總線上的多個信號發送給相連接的比較器。例如，第一子系統112可以將其處理單元的數據總線上的多個信號、地址總線上的多個信號以及控制總線上的多個信號輸出給與該第一子系統112連接的比較器116。具體地，例如，如果數據總線具有16根線、地址總線具有16根線、控制總線具有2根線，則第一子系統112可以將數據總線內16根線上的16個信號、地址總線內16根線上的16個信號以及控制總線內2根線上的2個信號輸出給比較器116。同時，類似地，第二子系統114也可以將其數據總線、地址總線和控制總線上的多個信號發送給比較器116。此外，第三子系統122和第四子系統124也可以執行類似的處理。
[0035]比較器116和比較器126可以分別對從其各自所連接的兩個子系統接收到的信號進行比較，以生成比較信號。比較器116和126執行相同操作，下面以比較器116為例予以說明。例如，如果比較器116從第一子系統112接收到數據總線內16根線上的16個信號、地址總線內16根線上的16個信號以及控制總線內2根線上的2個信號，並且從第二子系統114接收到數據總線內16根線上的16個信號、地址總線內16根線上的16個信號以及控制總線內2根線上的2個信號，則比較器116可以將第一子系統112輸出的數據總線的16根線、地址總線的16根線以及控制總線的2根線中每一根線上的信號與第二子系統114輸出的數據總線的16根線、地址總線的16根線以及控制總線的2根線中對應線上的對應信號進行比較(例如，將第一子系統112輸出的數據總線的第5根線上的信號與第二子系統114輸出的數據總線的第5根線上的信號進行比較)，以得到對應於被比較的這根線的比較指示符，以此類推，對全部34根線上的信號逐一作比較，從而得到34個比較指示符。所得到的全部比較指示符可以構成比較器116輸出的比較信號。比較指示符可以用特定的數字來代表特定的比較結果，例如，用比較指示符「 I」表示比較結果一致，而用比較指示符「O」表示比較結果不一致。
[0036]表決器118和表決器128可以分別接收從比較器116和比較器126輸出的比較信號，並基於比較信號來生成表決信號。表決器118和表決器128執行相同操作,下面以表決器118為例予以說明。例如，表決器118可以從比較器116接收包含34個比較指示符的比較信號。如果表決器118判斷這34個比較指示符都表示比較結果一致，例如都為「1」，則表決器118可以生成表明第一部分工作正常的表決信號,例如「O」。然而,如果表決器118判斷這34個比較指示符中至少有一個比較指示符表示比較結果不一致，例如為「0」，則表決器可以生成表明第一部分工作不正常的表決信號，例如「I」。
[0037]切換機構130可以分別接收從表決器118和表決器128輸出的表決信號，並且根據所接收到的兩個表決信號來生成切換控制信號，以對控制權的歸屬進行控制。例如，假定當前第一部分110中的第一子系統112具有控制權，如果從第一部分110中的表決器118接收的表決信號表明第一部分110工作正常，則切換機構130生成的切換控制信號可以指示第一部分110中的第一子系統112繼續保持控制權。然而，如果從第一部分110中的表決器118接收的表決信號表明第一部分110工作不正常，同時，從第二部分120中的表決器128接收的表決信號表明第二部分120工作正常，則切換機構130生成的切換控制信號可以指示將控制權從第一部分110切換到第二部分120，例如，切換到第二部分120中的第三子系統122。此外,如果從第一部分110中的表決器118接收的表決信號表明第一部分110工作不正常並且從第二部分120中的表決器128接收的表決信號表明第二部分120工作也不正常，則切換機構130生成的切換控制信號可以指示第一部分110和第二部分120都失去控制權。
[0038]如上所述，圖1還示出了與二乘二取二冗餘系統的具體應用相關的電路結構，包括接口電路140、接口電路150以及上一級設備160。該電路結構僅僅作為示例，在實際應用中還存在多種可以與二乘二取二冗餘系統相互結合的其它具體電路結構。
[0039]接口電路140連接在第一子系統112和上一級設備160之間，其可以將第一子系統112生成的輸出信號傳遞到上一級設備160。接口電路140還連接到切換機構130，並受到切換機構130輸出的切換控制信號的控制。例如，如果切換控制信號指示第一部分110中的第一子系統112繼續保持控制權，則該切換控制信號可以使能接口電路140，從而使得來自第一子系統112的輸出信號可以經由接口電路140傳遞到上一級設備160。然而，如果切換控制信號指示將控制權從第一部分110切換到第二部分120或者指示第一部分110和第二部分120都失去控制權，則該切換控制信號可以禁止接口電路140，從而使得來自第一子系統112的輸出信號不能經由接口電路140傳遞到上一級設備160。接口電路150具有與接口電路140相類似的功能。此處，切換機構130輸出的切換控制信號可以採用多種具體實現形式，例如，切換機構130可以分別向接口電路140和150輸出各自的切換控制信號，切換機構130也可以生成單一切換控制信號，並且在該單一切換控制信號經過特定電路的處理後被分別輸出到接口電路140和150。圖1僅僅示例性地示出了切換機構130分別向接口電路140和150輸出各自的切換控制信號，實際上，目前還應用了多種其它已知的方式來利用切換機構控制接口電路的使能和禁止。
[0040]以上以指令級校核系統為例說明了現有的二乘二取二冗餘系統的示意性工作原理。當二乘二取二冗餘系統構成任務級校核系統時，其工作原理與上述類似，不同之處在於任務級校核系統只有當對外執行操作時才進行比較和表決。
[0041]以下結合圖2和圖3具體描述根據本發明實施例的示意性二乘二取二冗餘系統及方法。
[0042]圖2示出了根據本發明實施例的二乘二取二冗餘系統200的示意圖。
[0043]二乘二取二冗餘系統200可以包括第一部分210、第二部分220以及切換機構230。第一部分210可以包括第一子系統212、第二子系統214以及門電路216。第二部分220可以包括第三子系統222、第四子系統224以及門電路226。
[0044]根據本發明的實施例，在第一子系統212與第二子系統214之間可以連接有兩條冗餘的串行通信電路，即，主串行通信電路和輔串行通信電路。這兩條串行通信電路可以分別獨立地在第一子系統212與第二子系統214之間傳送數據信息。為此,第一子系統212可以包括兩個串行通信電路接口(未示出)，其分別連接到主串行通信電路和輔串行通信電路，相應地，第 二子系統214也可以包括兩個串行通信電路接口。串行通信電路接口可以米用通用異步收發器(UART !Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)接口、串行外設接口(SPI:Serial Peripheral Interface)、集成電路間(I2C:1nter_IntegratedCircuit)接口、控制器區域網(CAN:Controller Area Network)接口等各種串行接口。類似地，第三子系統222和第四子系統224也可以分別經由主串行通信電路和輔串行通信電路連接，並且分別具有兩個串行通信電路接口。
[0045]根據本發明的實施例，第一子系統212、第二子系統214、第三子系統222和第四子系統224中的每一個子系統都可以包括處理單元，該處理單元支持雙串口功能，例如，可以同時支持如上所述的主串行通信電路和輔串行通信電路。此外，處理單元還可以被配置用於執行以下描述的由子系統所實現的各種處理或功能。
[0046]此外，與現有的子系統類似，第一子系統212、第二子系統214、第三子系統222和第四子系統224中的每一個子系統還可以包括通用的I/O接口電路，該I/O接口電路可以被用於接收輸入信號並且發送輸出信號。可選地，例如，當採用I/O接口電路接收輸入信號時，可以根據傳感器的不同來選用相應的通用接口電路。
[0047]以下將對根據本發明實施例的二乘二取二冗餘系統200中各個單元的具體功能進行詳細描述。
[0048]第一子系統212、第二子系統214、第三子系統222和第四子系統224可以分別同時接收相同的輸入信號，並且分別對輸入信號執行相同的處理過程以生成輸出信號。此處，可以採用與現有技術相類似的輸入信號和輸出信號，並且可以採用與現有技術相類似的對輸入信號的處理過程。[0049]第一子系統212、第二子系統214、第三子系統222和第四子系統224中的每一個子系統都可以分別經由與該子系統連接的主串行通信電路和輔串行通信電路，從對端子系統接收對端數據信息並且同時向對端子系統發送本端數據信息。例如，第一子系統212可以經由主串行通信電路從作為其對端子系統的第二子系統214接收對端數據信息(B卩，第二子系統214的數據信息)，並且經由輔串行通信電路從第二子系統214接收同樣的對端數據信息。同時，第一子系統212也可以分別經由主串行通信電路和輔串行通信電路將本端數據信息(即，第一子系統212的數據信息)發送到第二子系統214。對端數據信息和本端數據信息可以具有與圖1所示現有技術中從各個子系統發送給比較器的信號相類似的形式。
[0050]優選地，根據本發明的一個實施例，每一個子系統可以定時地從對端子系統接收對端數據信息並向對端子系統發送本端數據信息。可以採用具有固定定時周期的定時器電路來提供定時。例如，可以在根據本發明實施例的二乘二取二冗餘系統200中為第一子系統212和第二子系統214提供一個定時器電路，該定時器電路可以被配置為同時向第一子系統212和第二子系統214提供定時觸發。該定時器電路可以被設置在第一部分210內或者二乘二取二冗餘系統200的其它位置。類似地，也可以為第三子系統222和第四子系統224提供一個定時器電路。在提供了定時器電路的情況下，每一個子系統可以響應於該子系統所連接的定時器電路的定時觸發，從對端子系統接收對端數據信息並且向對端子系統發送本端數據信息。
[0051]第一子系統212、第二子系統214、第三子系統222和第四子系統224中的每一個子系統可以將所接收到的對端數據信息與本端數據信息進行比較，並且生成用於指示比較結果的比較結果信號。比較結果信號可以為一個特定的數字，用於代表特定的比較結果，例如，用「O」表示比較結果一致，而用「I」表示比較結果不一致。可選地，每一個子系統可以通過執行首次判斷過程和預定次數的再次判斷過程來執行上述比較操作和生成比較結果信號的操作。
[0052]例如，首次判斷過程可以涉及以下操作。每一個子系統可以首先將經由主串行通信電路接收的對端數據信息與本端數據信息進行比較。如果確定比較結果為一致，即，確定對端數據信息與本端數據信息一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號。如果確定比較結果為不一致，即，確定對端數據信息與本端數據信息不一致，則可以進而將經由輔串行通信電路接收的對端數據信息與本端數據信息進行比較。在對經由輔串行通信電路接收的對端數據信息與本端數據信息進行比較的過程中，如果確定比較結果為一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號，然而，如果確定比較結果為不一致，則可以嘗試執行再次判斷過程。
[0053]例如，再次判斷過程可以涉及以下操作。該子系統可以經由主串行通信電路和/或輔串行通信電路命令對端子系統重新發送對端數據信息，或者命令對端子系統在對輸入信號執行重新計算後再次發送對端數據信息。然後，該子系統可以重複執行上述首次判斷過程中涉及的各個操作。
[0054]可選地，可以對再次判斷過程的執行次數進行限制。例如，如果在再次判斷過程被執行了預定次數(例如，零次、一次或更多次)後仍然確定比較結果為不一致，則可以決定不再嘗試執行再次判斷過程並且生成指示比較結果為不一致的比較結果信號。
[0055]此外，每一個子系統都可以被配置為，如果經由主串行通信電路和/或輔串行通信電路接收到對端子系統要求該子系統重新發送本端數據信息或者在對輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信息的命令，則重新發送本端數據信息或者在對輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信息。
[0056]如上所述，對端數據信息和本端數據信息可以具有與現有技術中從各個子系統發送給比較器的信號相類似的形式。從而，例如，與現有技術類似，對端數據信息和本端數據信息中的每一個都可以包括位於各自子系統的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號。在這種情況下，可以採用與現有技術類似的比較方式。例如，每一個子系統可以將對端數據信息中包括的位於數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號與本端數據信息中包括的位於對應的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個對應信號逐一進行比較。如果所有對應信號均一致，則確定比較結果為一致，即確定對端數據信息與本端數據信息一致。如果存在至少一對不一致的對應信號，則確定比較結果為不一致，即，確定對端數據信息與本端數據信息不一致。
[0057]可選地，每一個子系統可以被配置為在確定比較結果為不一致時，存儲當前進行比較的對端數據信息和本端數據信息。例如，可以將當前進行比較的對端數據信息和本端數據信息存儲在該子系統的存儲器中。由此，這些被存儲的信息可以被用於進行後續的故障診斷等。
[0058]在某些情況下，同一系內的兩個子系統，例如第一部分210內的第一子系統212和第二子系統214，可能由於執行上述的各種處理而不再同步。為此，優選地，可以採用具有固定定時周期的單脈衝定時器電路來協助實現子系統的同步。例如，可以在根據本發明實施例的二乘二取二冗餘系統200中為第一子系統212和第二子系統214提供一個單脈衝定時器電路，該單脈衝定時器電路可以被配置為使得第一子系統212和第二子系統214可以實現同步。該單脈衝定時器電路可以被設置在第一部分210內或者二乘二取二冗餘系統200的其它位置。類似地，也可以為第三子系統222和第四子系統224提供一個單脈衝定時器電路。
[0059]根據本發明的實施例，各個子系統所生成的比較結果信號將被輸出到門電路。例如，第一子系統212和第二子系統214各自的比較結果信號被輸出到門電路216，第三子系統222和第四子系統224各自的比較結果信號被輸出到門電路226。門電路216或226可以根據其所接收到的兩個比較結果信號生成處理結果信號，以表明該門電路所在的系是否工作正常。例如，當兩個比較結果信號都指示比較結果為一致時，門電路可以生成表明該門電路所在的系工作正常的處理結果信號，而當兩個比較結果信號中有至少一個指示比較結果不一致時，門電路可以生成表明該門電路所在的系工作不正常的處理結果信號。根據本發明的門電路216和226的具體實現形式並不受到限制，任何可以實現以上所描述的門電路功能的邏輯門(如，或門、與門)電路或其它類型電路都可以作為本發明的門電路216和226的具體實現形式。門電路所生成的處理結果信號可以採用特定的數值來表明特定的處理結果，其具體實現形式可以類似於現有技術中表決器輸出的表決信號。
[0060]根據本發明的實施例，切換機構230可以執行與圖1所示現有技術中的切換機構130相類似的功能。例如，切換機構230可以根據門電路216和226輸出的處理結果信號來生成切換控制信號，以便對控制權的歸屬進行控制。此外，與現有技術類似地，切換機構230也可以根據不同的應用場景來與其它電路結構相結合，以便對子系統基於輸入信號所生成的輸出信號向上一級設備的傳輸進行控制。
[0061]圖3示出了用於根據本發明實施例的二乘二取二冗餘系統的示意性方法流程圖。圖3的方法300可以由圖2所示的根據本發明實施例的二乘二取二冗餘系統200所執行。
[0062]在步驟S310,可以由第一子系統212、第二子系統214、第二子系統222、第四子系統224分別同時接收相同的輸入信號並且分別對輸入信號執行相同的處理過程。
[0063]在步驟S320,可以由第一子系統212、第二子系統214、第二子系統222、第四子系統224中的每一個子系統分別經由與該子系統連接的主串行通信電路和輔串行通信電路，從對端子系統接收對端數據信息並且同時向對端子系統發送本端數據信息，以及將對端數據信息與本端數據信息進行比較並生成用於指示比較結果的比較結果信號。
[0064]優選地，根據本發明的實施例，每一個子系統可以定時地從對端子系統接收對端數據信息並向對端子系統發送本端數據信息。可以採用具有固定定時周期的定時器電路來提供定時。在分別為每個系內的兩個子系統提供了定時器電路的情況下，每一個子系統可以響應於該子系統所連接的定時器電路的定時觸發，從對端子系統接收對端數據信息並且向對端子系統發送本端數據信息。
[0065]可選地，在方法300中，每一個子系統可以通過執行首次判斷過程和預定次數的再次判斷過程來將所接收到的對端數據信息與本端數據信息進行比較並且生成比較結果信號。這種通過利用首次判斷過程和再次判斷過程進行比較並生成比較結果信號的方式與以上結合圖2所描述的功能類似。例如，方法300可以包括執行首次判斷過程，該首次判斷過程可以包括:將經由主串行通信電路接收的對端數據信息與本端數據信息進行比較；如果確定比較結果為一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號，如果確定比較結果為不一致，則將經由輔串行通信電路接收的對端數據信息與本端數據信息進行比較；在對經由輔串行通信電路接收的對端數據信息與本端數據信息進行比較的過程中，如果確定比較結果為一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號，如果確定比較結果為不一致，則嘗試執行再次判斷過程。方法300還可以包括進而執行再次判斷過程，該再次判斷過程可以包括:經由主串行通信電路和/或輔串行通信電路命令對端子系統重新發送對端數據信息或者在對輸入信號執行重新計算後再次發送對端數據信息；以及重複執行首次判斷過程中包括的各個操作。可選地，如果在再次判斷過程被執行了預定次數後仍然確定比較結果為不一致，則可以決定不再嘗試執行再次判斷過程並且生成指示比較結果為不一致的比較結果信號。
[0066]可選地，方法300還可以包括:如果每一個子系統經由主串行通信電路和/或輔串行通信電路接收到對端子系統要求該子系統重新發送本端數據信息或者在對輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信息的命令，則重新發送本端數據信息或者在對輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信息。
[0067]此外，在對端數據信息和本端數據信息中的每一個都包括位於各自子系統的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號的情況下，方法300還可以包括採用與現有技術類似的方式將對端數據信息與本端數據信息進行比較。例如，方法300可以通過以下操作來進行比較:可以由每一個子系統將對端數據信息中包括的位於數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號與本端數據信息中包括的位於對應的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個對應信號逐一進行比較；如果所有對應信號均一致，則確定比較結果為一致，如果存在至少一對不一致的對應信號，則確定比較結果為不一致。
[0068]可選地，方法300還可以包括在每一個子系統確定比較結果為不一致時，存儲當前進行比較的對端數據信息和本端數據信息。
[0069]可選地，考慮到在同一系內的兩個子系統可能由於執行上述各種處理而不再同步的情況，方法300還可以包括採用具有固定定時周期的單脈衝定時器電路來協助實現子系統的同步。例如，方法330可以包括:利用一個單脈衝定時器電路使得第一部分210內的兩個子系統實現同步，以及利用另一個單脈衝定時器電路使得第二部分220內的兩個子系統實現同步。
[0070]在步驟S330，可以由門電路216和226中的每一個門電路根據由與該門電路連接的兩個子系統所生成的比較結果信號，生成處理結果信號以表明該門電路所在的系是否工作正常。
[0071]例如，當門電路確定其所接收到的兩個比較結果信號都指示比較結果為一致時，可以生成表明該門電路所在的系工作正常的處理結果信號，而當兩個比較結果信號中有至少一個指示比較結果不一致時，則可以生成表明該門電路所在的系工作不正常的處理結果信號。
[0072]在步驟S340，可以由切換機構230根據門電路216和226所生成的處理結果信號，生成切換控制信號以對控制權的歸屬進行控制。
[0073]以上僅對方法300所包括的處理和步驟進行了示意性描述。實際上，方法300可以包括結合圖2所描述的二乘二取二冗餘系統200中各個單元所執行的各種處理和功能。
[0074]本文描述的各個方面可以用硬體、軟體、固件、中間件、微代碼或者其任意組合來實現。利用軟體、固件、中間件、微代碼、程序代碼或者代碼段來實現這些裝置和/或方法時，可以將其存儲在機器可讀介質內，例如存儲在存儲部件內。對於軟體實現，本文描述的技術可以用實現本文所述功能的模塊(例如程序、函數等)來實現。可以將軟體代碼存儲在存儲器單元中，由處理器來執行。存儲器單元可以在處理器中實現，或者可以位於處理器外部。在後一種情況下，存儲器可以通過各種手段與處理器連接。
[0075]上文通過附圖和優選實施例對本發明進行了詳細展示和說明，然而本發明不限於這些已揭示的實施例，本領域技術人員從中推導出來的其它方案也在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種二乘二取二冗餘系統，包括: 第一部分，其包括第一子系統、第二子系統和第一門電路，所述第一、第二子系統分別經由第一主串行通信電路和第一輔串行通信電路連接，所述第一門電路分別連接到所述第一、第二子系統的輸出端； 第二部分，其包括第三子系統、第四子系統和第二門電路，所述第三、第四子系統分別經由第二主串行通信電路和第二輔串行通信電路連接，所述第二門電路分別連接到所述第三、第四子系統的輸出端；以及 切換機構，其分別連接到所述第一、第二門電路的輸出端， 其中，所述第一、第二、第三和第四子系統分別同時接收相同的輸入信號並且分別對所述輸入信號執行相同的處理過程， 所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個被配置為:分別經由與該子系統連接的主串行通信電路和輔串行通信電路，從對端子系統接收對端數據信息並且同時向所述對端子系統發送本端數據信息；以及將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較並生成用於指示比較結果的比較結果信號， 所述第一和第二門電路中的每一個被配置為:根據由與該門電路連接的兩個子系統所生成的比較結果信號，生成處理結果信號以表明該門電路所在的系是否工作正常，以及所述切換機構被配置為:根據所述第一和第二門電路所生成的處理結果信號，生成切換控制信號以對控制權的歸屬進行控制。
2.如權利要求1所述的系統，還包括: 具有相同的固定定時周期的第一和第二定時器電路，所述第一定時器電路被配置為同時向所述第一和第二子系統提供定時觸發，所述第二定時器電路被配置為同時向所述第三和第四子系統提供定時觸發， 其中，所述第一、第二、第三和`第四子系統中的每一個被配置為:響應於該子系統所連接的定時器電路的定時觸發，從所述對端子系統接收所述對端數據信息並且同時向所述對端子系統發送所述本端數據信息。
3.如權利要求1所述的系統，其中，所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個被配置為通過以下操作來將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較並生成用於指示比較結果的比較結果信號: 執行首次判斷過程，包括:將經由所述主串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較；如果確定比較結果為一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號，如果確定比較結果為不一致，則將經由所述輔串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較；在對經由所述輔串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較的過程中，如果確定比較結果為一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號，如果確定比較結果為不一致，則嘗試執行再次判斷過程；以及執行所述再次判斷過程，包括:經由所述主串行通信電路和/或輔串行通信電路命令所述對端子系統重新發送所述對端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送對端數據信息；以及重複執行所述首次判斷過程中包括的各個操作， 其中，如果在所述再次判斷過程被執行了預定次數後仍然確定比較結果為不一致，則不再嘗試執行所述再次判斷過程並且生成指示比較結果為不一致的比較結果信號。
4.如權利要求3所述的系統，其中，所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統還被配置為: 如果經由所述主串行通信電路和/或輔串行通信電路接收到對端子系統要求該子系統重新發送本端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信息的命令，則重新發送所述本端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信息。
5.如權利要求1或3所述的系統，其中，所述對端數據信息和所述本端數據信息中的每一個都包括位於各自子系統的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號，並且 其中，所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統被配置為通過以下操作來將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較: 將所述對端數據信息中包括的位於數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號與所述本端數據信息中包括的位於對應的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個對應信號逐一進行比較；以及 如果所有對應信號均為一致，則確定所述比較結果為一致， 如果存在至少一對不一致的對應信號，則確定所述比較結果為不一致。
6.如權利要求1所述的系統，其中，所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統被配置為:如果確定 比較結果為不一致，則存儲當前進行比較的所述對端數據信息和所述本端數據信息。
7.如權利要求1所述的系統，其中，所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統包括: 兩個串行通信電路接口，其分別連接所述主串行通信電路和所述輔串行通信電路；以及 處理單元，其被配置為執行所述接收對端數據信息、所述發送本端數據信息以及所述將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較並生成比較結果信號的操作。
8.如權利要求1所述的系統，還包括: 具有固定定時周期的第一和第二單脈衝定時器電路，所述第一單脈衝定時器電路被配置用於使得所述第一和第二子系統實現同步，所述第二單脈衝定時器電路被配置用於使得所述第三和第四子系統實現同步。
9.一種用於二乘二取二冗餘系統的方法，其中， 所述系統包括:第一部分，其包括第一子系統、第二子系統和第一門電路，所述第一、第二子系統分別經由第一主串行通信電路和第一輔串行通信電路連接，所述第一門電路分別連接到所述第一、第二子系統的輸出端；第二部分，其包括第三子系統、第四子系統和第二門電路，所述第三、第四子系統分別經由第二主串行通信電路和第二輔串行通信電路連接，所述第二門電路分別連接到所述第三、第四子系統的輸出端；以及切換機構，其分別連接到所述第一、第二門電路的輸出端，並且 其中，所述方法包括: 由所述第一、第二、第三和第四子系統分別同時接收相同的輸入信號並且分別對所述輸入信號執行相同的處理過程；由所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統執行以下操作:分別經由與該子系統連接的主串行通信電路和輔串行通信電路，從對端子系統接收對端數據信息並且同時向所述對端子系統發送本端數據信息；以及將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較並生成用於指示比較結果的比較結果信號； 由所述第一和第二門電路中的每一個門電路根據由與該門電路連接的兩個子系統所生成的比較結果信號，生成處理結果信號以表明該門電路所在的系是否工作正常；以及 由所述切換機構根據所述第一和第二門電路所生成的處理結果信號，生成切換控制信號以對控制權的歸屬進行控制。
10.如權利要求9所述的方法，其中， 所述系統還包括具有相同的固定定時周期的第一和第二定時器電路，所述第一定時器電路被配置為同時向所述第一和第二子系統提供定時觸發，所述第二定時器電路被配置為同時向所述第三和第四子系統提供定時觸發，並且 其中，所述由所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統從對端子系統接收對端數據信息並且同時向所述對端子系統發送本端數據信息包括:響應於該子系統所連接的定時器電路的定時觸發，從所述對端子系統接收所述對端數據信息並且同時向所述對端子系統發送所述本端數據信息。
11.如權利要求9所述的方法，其中，所述由所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較並生成用於指示比較結果的比較結果信號包括: 執行首次判斷過程，包括: 將經由所述主串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較；如果確定比較結果為一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號，如果確定比較結果為不一致，則將經由所述輔串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較；在對經由所述輔串行通信電路接收的所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較的過程中，如果確定比較結果為一致，則生成指示比較結果為一致的比較結果信號，如果確定比較結果為不一致，則嘗試執行再次判斷過程；以及 執行所述再次判斷過程，包括:經由所述主串行通信電路和/或輔串行通信電路命令所述對端子系統重新發送所述對端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送對端數據信息；以及重複執行所述首次判斷過程中包括的各個操作， 其中，如果在所述再次判斷過程被執行了預定次數後仍然確定比較結果為不一致，則不再嘗試執行所述再次判斷過程並且生成指示比較結果為不一致的比較結果信號。
12.如權利要求11所述的方法，還包括: 如果所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統經由所述主串行通信電路和/或輔串行通信電路接收到對端子系統要求該子系統重新發送本端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信息的命令，則重新發送所述本端數據信息或者在對所述輸入信號執行重新計算後再次發送本端數據信息。
13.如權利要求9或11所述的方法，其中， 所述對端數據信息和所述本端數據信息中的每一個都包括位於各自子系統的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號，並且 其中，所述由所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統將所述對端數據信息與所述本端數據信息進行比較包括: 將所述對端數據信息中包括的位於數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個信號與所述本端數據信息中包括的位於對應的數據總線、地址總線和控制總線中至少一個上的多個對應信號逐一進行比較；以及 如果所有對應信號均為一致，則確定所述比較結果為一致， 如果存在至少一對不一致的對應信號，則確定所述比較結果為不一致。
14.如權利要求9所述的方法，還包括: 如果所述第一、第二、第三和第四子系統中的每一個子系統確定比較結果為不一致，則存儲當前進行比較的所述對端數據信息和所述本端數據信息。
15.如權利要求9所述的方法，其中， 所述系統還包括具有固定定時周期的第一和第二單脈衝定時器電路，並且， 其中，所述方法還包括:利用所述第一單脈衝定時器電路使得所述第一和第二子系統實現同步，以及利用所述第二`單脈衝定時器電路使得所述第三和第四子系統實現同步。
【文檔編號】G06F11/14GK103678031SQ201210333132
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月10日 優先權日:2012年9月10日
【發明者】霍旭東, 朱衛華, 張建平, 趙銀峰 申請人:西門子信號有限公司