一种双CAN总线多冗余热备份飞控计算机系统及方法与流程

本发明属于电子工程和计算机科学领域，具体涉及一种双can总线多冗余热备份飞控计算机系统及方法。

背景技术：

飞控计算机作为飞控系统的核心部分，其可靠性直接关系到飞控系统能否正常工作。主从热备份计算机是在目前现有的单cpu计算机的技术升级，并与单cpu计算机具有相同的尺寸、采用相同的航空插座，与目前的标准化计算机结构完全兼容，可实现无缝升级。当应用程序只下载到其中任意一个cpu上时，该主从热备份计算机就退化为标准的单cpu计算机。主从热备份计算机采用主/从cpu对称设计技术，主/从cpu的识别标志、控制字和状态字完全相同，因而主/从cpu可实现完全相同的应用程序，这一特点大大简化了应用程序开发和维护。但是如何基于多并行总线，进而实现对多控制模块/cpu运行状态的精准监控，从而进一步提高飞控计算机的可靠性，是当前的研究热点。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题为，本发明提供一种双can总线多冗余热备份飞控计算机系统及方法，包括设计接口模块、控制模块和监控模块，能够在双can总线的基础上，通过对多个控制模块运行状态的精准监控，实现控制模块的多冗余热备份。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种双can总线多冗余热备份飞控计算机系统，包括：

(1)接口模块，用于完成对飞控系统中各种传感器和执行机构的状态采集和控制指令下发，多个接口模块跨接在两条can总线上；

(2)控制模块，完成对接口模块采集数据的处理，并返回控制指令给接口模块，多个控制模块跨接在两条can总线上；多个控制模块中只有一个控制模块处于运行中，其他均为热备份；每个控制模块中设计三个并行的心跳包发送单元；

(3)监控模块，该监控模块跨接在两条can总线上，完成对多个控制模块运行状态的实时监测，并完成正常控制模块对故障控制模块的功能替换；具体实现如下：

①每个控制模块中的三个心跳包发送单元均以一定的频率f发送心跳包给监控模块；

②监控模块对每个心跳包发送单元发送过来的心跳包进行计数，并计算其频率是否在[0.8f,1.2f]区间内，同时计算频率间的差值d；首先对每个控制模块中的三个心跳包发送单元的频率采取“3取2”判断策略，即当每个控制模块中的三个心跳包发送单元中的频率有两个在[0.8f,1.2f]区间，然后判断频率差值d是否小于等于0.2f，如果满足条件则判断该控制模块正常运行；否则，监控模块启用正常控制模块来代替故障控制模块；如果每个控制模块中的三个心跳包发送单元的频率不满足有两个在[0.8f,1.2f]区间，则监控模块直接启用正常控制模块来代替故障控制模块。

根据本发明的另一方面，提出一种双can总线多冗余热备份飞控计算机监控方法，包括如下步骤：

步骤1、将多个接口模块跨接在两条can总线上，实时进行飞控系统中各种传感器和执行机构的状态采集和控制指令下发；

步骤2、多个控制模块跨接在两条can总线上，并彼此互为热备份；控制模块对接口模块采集数据进行处理，并返回控制指令给接口模块，所述多个控制模块中只有一个控制模块处于运行中，其他均为热备份；每个控制模块中设计三个并行的心跳包发送单元；

步骤3、将监控模块跨接在两条can总线上，对多个控制模块运行状态的实时监测，并完成正常控制模块对故障控制模块的功能替换；具体实现如下：

(3.1)每个控制模块中的三个心跳包发送单元均以一定的频率f发送心跳包给监控模块；

(3.2)监控模块对每个心跳包发送单元发送过来的心跳包进行计数，并计算其频率是否在[0.8f,1.2f]区间内，同时计算频率间的差值d；首先对每个控制模块中的三个心跳包发送单元的频率采取“3取2”判断策略，即当每个控制模块中的三个心跳包发送单元中的频率有两个在[0.8f,1.2f]区间，然后判断频率差值d是否小于等于0.2f，如果满足条件则判断该控制模块正常运行；否则，监控模块启用正常控制模块来代替故障控制模块；如果每个控制模块中的三个心跳包发送单元的频率不满足有两个在[0.8f,1.2f]区间，则监控模块直接启用正常控制模块来代替故障控制模块。

有益效果：

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明能够基于多并行can总线，以及控制模块三个心跳包的实时判断，进而实现对飞控计算机多控制模块/cpu运行状态的精准监控，从而进一步提高飞控计算机的可靠性。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明涉及一种双can总线多冗余热备份飞控计算机设计方法，能够在双can总线的基础上，通过对多个控制模块运行状态的精准监控，实现控制模块的多冗余热备份。

本发明的系统结构框图如图1所示，包括接口模块、控制模块和监控模块。具体实施方式如下：

(1)接口模块，完成对飞控系统中各种传感器和执行机构的状态采集和控制指令下发，多个接口模块跨接在两条can总线上；

(2)控制模块，完成对接口模块采集数据的处理，并返回控制指令给接口模块，多个控制模块跨接在两条can总线上，并彼此互为热备份；多个控制模块中只有一个控制模块处于运行中，其他均为热备份；每个控制模块中设计三个并行的心跳包发送单元；

(3)监控模块，该监控模块跨接在两条can总线上，完成对多个控制模块运行状态的实时监测，并完成正常控制模块对故障控制模块的功能替换。具体实现如下：

①每个控制模块中的三个心跳包发送单元均以一定的频率f发送心跳包给监控模块，如频率为20，即每50ms发送一次心跳包；

②监控模块对每个心跳包发送单元发送过来的心跳包进行计数，并计算其频率是否在[0.8f,1.2f](即[16,24])区间内，同时计算频率间的差值d；首先对每个控制模块中的三个心跳包发送单元的频率采取“3取2”判断策略，即当每个控制模块中的三个心跳包发送单元中的频率有两个在[0.8f,1.2f](即[16,24])区间，然后判断差值d是否小于等于0.2f，如果满足条件则判断该控制模块正常运行；否则，监控模块启用正常控制模块来代替故障控制模块；如果每个控制模块中的三个心跳包发送单元的频率不满足有两个在[0.8f,1.2f](即[16,24])区间，则监控模块直接启用正常控制模块来代替故障控制模块。

③当控制模块出现硬件故障(如断电、死机)时，则这3个心跳包发送单元都不能正常工作(频率均为0)，不满足[0.8f,1.2f]的条件，监控模块直接启用正常控制模块来代替故障控制模块；

④当控制模块出现系统掉电复位或看门狗复位，则这3个心跳包发送单元都不能正常工作(频率均为0)，不满足[0.8f,1.2f]的条件，监控模块直接启用正常控制模块来代替故障控制模块；

⑤当控制模块由于偶发性故障，导致3个心跳包发送单元也出现偶发性故障，可能出现心跳包发送单元的频率值虽都在[0.8f,1.2f]内，但是彼此差值大于0.2f，此时监控模块直接启用正常控制模块来代替故障控制模块。

本发明能够基于双can总线，并通过监控模块完成对多个飞控计算机控制模块的状态监控，实现故障控制模块的及时发现和替换，从而进一步提高飞控计算机的可靠性。

根据本发明的另一方面，提出一种双can总线多冗余热备份飞控计算机监控方法，包括如下步骤：

步骤1、将多个接口模块跨接在两条can总线上，实时进行飞控系统中各种传感器和执行机构的状态采集和控制指令下发；

步骤2、多个控制模块跨接在两条can总线上，并彼此互为热备份；控制模块对接口模块采集数据进行处理，并返回控制指令给接口模块，所述多个控制模块中只有一个控制模块处于运行中，其他均为热备份；每个控制模块中设计三个并行的心跳包发送单元；

步骤3、将监控模块跨接在两条can总线上，对多个控制模块运行状态的实时监测，并完成正常控制模块对故障控制模块的功能替换。具体实现如下：

(3.1)每个控制模块中的三个心跳包发送单元均以一定的频率f发送心跳包给监控模块；

(3.2)监控模块对每个心跳包发送单元发送过来的心跳包进行计数，并计算其频率是否在[0.8f,1.2f]区间内，同时计算频率间的差值d；首先对每个控制模块中的三个心跳包发送单元的频率采取“3取2”判断策略，即当每个控制模块中的三个心跳包发送单元中的频率有两个在[0.8f,1.2f]区间，然后判断频率差值d是否小于等于0.2f，如果满足条件则判断该控制模块正常运行；否则，监控模块启用正常控制模块来代替故障控制模块；如果每个控制模块中的三个心跳包发送单元的频率不满足有两个在[0.8f,1.2f]区间，则监控模块直接启用正常控制模块来代替故障控制模块。

综上所述，本发明公开了一种双can总线多冗余热备份飞控计算机系统及方法，包括接口模块、控制模块和监控模块，能够在双can总线的基础上，通过对多个控制模块运行状态的精准监控，实现控制模块的多冗余热备份，进一步提高飞控计算机的可靠性。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。