嵌入式系统/ARM技术中的基于WDM的精确定时器及其在冗余技术中的应用
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2020-11-03
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嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的基于技术中的基于WDM的精确定时器及其在冗余的精确定时器及其在冗余
技术中的应用技术中的应用
摘 要: 现代军用电子设备和某些控制系统对设备的可靠性要求越来越高。针对此情况利用设备冗余原理， 提出
一种基于WDM 的精确定时器实现设备冗余的方法。利用此方法设计了双冗余CAN 总线板卡及其在Windows XP
系统下的驱动程序， 给出了部分驱动实现细节和相关流程。结果表明该方法可成功实现双CAN 接口卡在总线故
障情况下的冗余切换，提高了设备可靠性。 0 引 言 高可靠性是现代军用电子设备和某些控制系统的
首要需求。冗余技术是计算机系统可靠性设计中常采用的一种技术， 是提高计算机系统可靠性的最有效方法之
一。合理的冗余设计将大大提高系统的可靠性， 但同时也增加了系统的复杂度和设计
摘 要: 现代军用电子设备和某些控制系统对设备的可靠性要求越来越高。针对此情况利用设备冗余原理， 提出一种基于
WDM 的精确定时器实现设备冗余的方法。利用此方法设计了双冗余CAN 总线板卡及其在Windows XP 系统下的驱动程序，
给出了部分驱动实现细节和相关流程。结果表明该方法可成功实现双CAN 接口卡在总线故障情况下的冗余切换，提高了设备
可靠性。
0 引引 言言
高可靠性是现代军用电子设备和某些控制系统的首要需求。冗余技术是计算机系统可靠性设计中常采用的一种技术， 是
提高计算机系统可靠性的最有效方法之一。合理的冗余设计将大大提高系统的可靠性， 但同时也增加了系统的复杂度和设计
的难度， 应用冗余配置的系统还增加了用户投资。因此， 如何对冗余设计进行合理有效的设计， 是值得深入研究的课题。
1：1 热冗余也就是所谓的双重化， 是其中一种有效的冗余方式， 但它并不是两个部件简单的并联运行，而是需要硬件、
软件、通信等协同工作来实现。将互为冗余的两个部件构成一个有机的整体， 通常包括以下多个技术要点: 信息同步技术、故
障检测技术、故障仲裁技术和切换技术、热插拔技术和故障隔离技术等。
本文将WDM 的定时器功能应用在冗余技术中，为系统的故障检测和切换技术提供了一种解决方案， 并以双冗余CAN 总
线接口板为例测试本设计的可行性。
1 冗余技术冗余技术
冗余技术有两种方式: 工作冗余和后备冗余。工作冗余是对关键设备以双重或三重的原则来重复配置， 这些设备同时处于
工作运行状态， 工作过程中若某一台设备出现故障， 它会自动脱离系统， 但并不影响系统的正常工作。后备冗余方式是使一
台设备投入运行， 另一台冗余设备处于热备用状态， 但不投入运行， 在线运行设备一旦出现故障， 后备设备立即投入运行。
常用的冗余系统按其结构可分为并联系统、备用系统和表决系统三种。最简单的冗余设计是并联装置， 其他方法还有串并联
或并串联混合装置和多数表决装置等。当某部分可靠性要求很高， 但目前的技术水平和方法很难满足时， 冗余技术可能成为
惟一较好的设计方法。但是冗余设计往往使系统的体积、重量、费用和复杂度均相应增加。因此， 除了重要的关键设备， 对
于一般产品不宜采用冗余技术。
冗余配置虽然增加系统的投资， 但它提高了整个用户系统的平均无故障时间( MTBF) ， 缩短了平均故障修复时间( MT
TR) 。因此， 在重要场合的控制系统中， 冗余技术的采用可有效提高系统的可靠性。
一个冗余系统要工作通常是硬件与软件的配合完成的。在硬件上需要有几个相同的， 可独立工作的设备。在软件上来
说， 就是在实现系统功能的同时， 要有错误检测功能和动态切换功能， 并且要在尽可能短的时间内完成切换动作。下面以双
CAN 总线接口卡为例，主要从软件方面详述本后备冗余设计的实现细节。
2 硬件设计硬件设计
CAN 控制器采用Philips 的SJA1000， 工作于BasicCAN 模式或PeliCAN 模式下， PeliCAN 模式支持CAN 2. 0B 协议，
采用8 位地址/ 数据复用总线接口。
如图1 所示， PCI 总线双CAN 接口卡由2 片SJA1000 提供两路独立的CAN 接口， 每片芯片的8 位地址/ 数据总线和读写
控制信号、锁存信号直接与PCI9052 相连。SJA1000 输出信号经过光耦到CAN 收发器PCA82C250， PCA82C250 供电电源
为隔离电源，由隔离电源转换模块提供。CAN 总线的复位信号由FPGA 提供， CAN 控制器SJA1000 的中断信号输出到
FPGA。
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