cpci總線下的計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì)分析

1、<p>　　CPCI總線下的計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì)分析</p><p>　　[摘 要]在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，最基本要求極為安全可靠，其中在CPCI總線下實(shí)施計(jì)算機(jī)控制的冗余設(shè)計(jì)，能夠顯著就對(duì)計(jì)算機(jī)控制可靠性提供保障。本文則重點(diǎn)分析CPCI總線下的計(jì)算機(jī)控制冗余設(shè)計(jì)，以為同行工作者提供相應(yīng)的參考資料。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]CPCI總線；計(jì)算機(jī)；控制設(shè)計(jì) </p><

2、;p>　　中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）08-0354-01 </p><p>　　控制計(jì)算機(jī)擔(dān)負(fù)著通信、數(shù)據(jù)處理、控制等工作，是系統(tǒng)的核心構(gòu)件，其可靠性直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。對(duì)于CPCI總線下的控制計(jì)算機(jī)，其采用冗余的優(yōu)勢(shì)是：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，冗余配置另外一套設(shè)備、部件立刻激發(fā)，繼續(xù)執(zhí)行系統(tǒng)給出的任務(wù)，能極大降低系統(tǒng)的故障率和故障時(shí)間，使得控制計(jì)

3、算機(jī)的可靠性得到保障。因此，冗余設(shè)計(jì)是CPCI總線下的控制計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案的常見方法，能很好滿足系統(tǒng)對(duì)可靠性、穩(wěn)定性的要求。 </p><p>　　1.CPCI總線下的計(jì)算機(jī)控制原理 </p><p>　　獨(dú)立計(jì)算機(jī)冗余控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有兩套I/O信號(hào)，分別由兩個(gè)相互獨(dú)立的計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)，控制電路控制這兩套I/O信號(hào)的接口，通過切換控制電路即可完成對(duì)計(jì)算機(jī)與外接的接通方式?？刂七@兩套I/O信號(hào)的兩

4、個(gè)計(jì)算機(jī)有一樣的CPU板、電源、軟硬件及擴(kuò)展板[1]。 </p><p>　　2.CPCI總線下計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì)方案 </p><p>　　2.1選擇合適的冗余設(shè)計(jì)模式 </p><p>　　冗余設(shè)計(jì)分為多種，根據(jù)冗余的程度可分為1：n（n=1、2、3…）冗余；根據(jù)工作方式可分為冷備份冗余、熱備份冗余；根據(jù)其在系統(tǒng)中的位置，可分為系統(tǒng)級(jí)冗余、部件級(jí)冗余、元件級(jí)冗余等。

5、考慮到CPCI計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)經(jīng)以及系統(tǒng)的復(fù)雜程度、造價(jià)成本、功能，尤其是模塊化的特點(diǎn)，本次控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用冷備份、系統(tǒng)級(jí)、1：1冗余，即雙機(jī)冗余冷備份，這種冗余模式相對(duì)較為簡單、可靠性高，能滿足系統(tǒng)工作對(duì)備份方式、需要、特點(diǎn)的要求。對(duì)于CPCI總線下的控制計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案，本文主要介紹硬件設(shè)計(jì)。 </p><p>　　2.2計(jì)雙電源互鎖 </p><p>　　為了避免同時(shí)處于工作狀態(tài)的

6、兩個(gè)部件相互影響，會(huì)采用互鎖技術(shù)，這是一項(xiàng)只允許一個(gè)部件工作的技術(shù)。本文設(shè)計(jì)的控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是冷備份冗余，因此必須進(jìn)行雙電源互鎖設(shè)計(jì)，以免系統(tǒng)的兩個(gè)計(jì)算機(jī)同時(shí)工作。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，在本系統(tǒng)兩個(gè)計(jì)算機(jī)間應(yīng)用了互鎖設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)不僅避免兩個(gè)計(jì)算機(jī)同時(shí)同時(shí)，還防止了它們同時(shí)被加電。 </p><p>　　系統(tǒng)電源采用DC電源輸出，輸出電壓有兩個(gè)+5V、3.3V兩種規(guī)格。本文以+5V電壓輸出為例：每個(gè)電源都有EN使能端

7、、互鎖控制信號(hào)輸出端（TTL電平）、DC28V輸入端、+5V輸出端，其中 EN使能端高電平有效，控制電源DC-DC轉(zhuǎn)換模塊就會(huì)啟動(dòng)電源，否者不會(huì)啟動(dòng)，而另一電源的EN使能端與該電源的互鎖控制輸出信號(hào)互聯(lián)。當(dāng)EN使能端為低電平且外部28V輸入接通時(shí)，電源不輸出+5V電壓，即不工作，此時(shí)互鎖控制輸出信號(hào)為高高電平；當(dāng)EN使能端為高電平且外部28V輸入接通時(shí)，電源輸出+5V電壓，開始工作，此時(shí)互鎖控制輸出信號(hào)為低電平[2]。也就是說，電源1處

8、于非工作狀態(tài)時(shí)，如果接通外部28V時(shí)，電源輸出+5V電壓。則互鎖控制信號(hào)輸出高電平，控制電源DC-DC轉(zhuǎn)換模塊處于工作狀態(tài)， </p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)切換控制電路 </p><p>　　完成1次相應(yīng)計(jì)算機(jī)輸出I/O信號(hào)的控制需要兩組I/O信號(hào)的切換。只有有電源處于工作狀態(tài)，則切換控制電路都會(huì)工作。只要輸出信號(hào)進(jìn)過2JT5-2繼電器選擇器，無論是輸出+5V的電源工作還是輸出3.3V

9、的電源工作，2JT5-2均可向切換電路提供+5V和3.3V的工作電源。此外，處理過后的電源1的+5V1輸出信號(hào)“SEL”會(huì)被切換電路選擇，若+5V1無效，則計(jì)算機(jī)2的I/O信號(hào)接口輸出；若+5V1有效，則計(jì)算機(jī)1的I/O信號(hào)接口輸出。 </p><p>　　切換器件在切換電路的選擇如下：串口、PS2、USB等一般信號(hào)選擇MAX4761；VGA顯示信號(hào)選擇專用切換器件MAX4885。此外，還設(shè)計(jì)了四通道的以太網(wǎng)交換

10、電路，以解決開關(guān)不宜用來切換選擇太網(wǎng)信號(hào)的問題。交換電路會(huì)接收到多種以太網(wǎng)信號(hào)，既有外部的以太網(wǎng)接口信號(hào)，又有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的以太網(wǎng)接口信號(hào)[3]，通過以太網(wǎng)各以太網(wǎng)接口完成電路交換數(shù)據(jù)的交換，繼而滿足系統(tǒng)要求。隔離變壓器MIDCOM 7120-37、交換器件BCM5328M均在設(shè)計(jì)得以采用。 </p><p>　　3 共享機(jī)制的實(shí)現(xiàn)策略 </p><p>　　本文設(shè)計(jì)的控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用

11、的是IDE接口存儲(chǔ)器。在前文的論述中，我們知道因?yàn)橄到y(tǒng)的兩個(gè)計(jì)算機(jī)互為冷備份，為了避免同時(shí)工作時(shí)互相影響，我們通過一些列的設(shè)計(jì)使其無法同時(shí)工作，這也使得兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間不能直接共享數(shù)據(jù)信息，而如果不能共享數(shù)據(jù)信息，實(shí)際的工作就會(huì)受到影響。為了確保系統(tǒng)的兩個(gè)計(jì)算機(jī)，傳統(tǒng)的做法是把關(guān)鍵文件從一個(gè)計(jì)算機(jī)拷貝到另外一個(gè)計(jì)算機(jī)，這種共享數(shù)據(jù)的方法不僅在計(jì)算機(jī)故障時(shí)無法使用，且還會(huì)在較長的時(shí)間內(nèi)影響設(shè)備的正常工作[4-5]。而通過切換IDE信號(hào)，可使

12、得任何一個(gè)處于工作狀態(tài)的計(jì)算機(jī)均能訪問兩個(gè)計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存器所儲(chǔ)存的共享，掃清了數(shù)據(jù)共享的障礙。也就是說，主、從盤存儲(chǔ)器均可以被處于工作狀態(tài)的計(jì)算機(jī)訪問，而系統(tǒng)啟動(dòng)也可以從任意一個(gè)存儲(chǔ)器發(fā)起，且任意一個(gè)存儲(chǔ)器均配備一套完整的軟件和操作系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)后又可立刻訪問另外一個(gè)存儲(chǔ)器，這就相當(dāng)于兩個(gè)計(jì)算機(jī)同時(shí)共用兩套存儲(chǔ)器，繼而實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間的信息數(shù)據(jù)共享，確保計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì)共享的有效實(shí)現(xiàn)。 </p><p>&

13、lt;b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　可靠是用戶對(duì)控制計(jì)算機(jī)最基本要求，這也是本文設(shè)計(jì)方案嚴(yán)格遵循的原則。冗余技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)技術(shù)，是提升控制計(jì)算機(jī)性能的重要方法。當(dāng)在具體應(yīng)用中，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定方案是否采用冗余設(shè)計(jì)。因?yàn)槿哂嘣O(shè)計(jì)不僅能降低控制計(jì)算機(jī)的故障時(shí)間和故障率，還會(huì)增加投資成本、設(shè)計(jì)難度和系統(tǒng)的復(fù)雜性。如果控制計(jì)算機(jī)對(duì)穩(wěn)定要求非常高的且成本允許，可采用冗余設(shè)計(jì)，比如

14、 CPCI總線下的控制計(jì)算機(jī)，即使投入大量人力、物力進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)也是值得的。大量的研究實(shí)驗(yàn)指出，CPCI總線下的控制計(jì)算機(jī)采用冗余設(shè)計(jì)，其可靠性是有保障的，本方案主要采用冗余設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容包括系統(tǒng)原理的介紹、冗余模式的選擇、雙電源互鎖的設(shè)計(jì)、切換控制電路的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)共享方式的選擇，以供參考及應(yīng)用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　

15、[1] 郭峰，沈浩，王勇等.基于CPCI總線冗余控制計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18（11）：2570-2572. </p><p>　　[2] 卜穎.一種基于CPCI總線的控制計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2013，26（5）：68-69. </p><p>　　[3] 張曉愚.基于CPCI總線的雷達(dá)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)顯控軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2