采用WDM的定时器及其在冗余技术中的应用
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2021-01-19
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采用采用WDM的定时器及其在冗余技术中的应用的定时器及其在冗余技术中的应用
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。 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、
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。
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。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。
图1 CAN 冗余模块系统结构图
3 软件设计
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