及电压电流检测、对主机和备机输出的串口信号和图像信号进行 控制以及与备FPGA通信； 所述备机包括备处理器和备FPGA，所述备处理器用于进行备机的信息处理，所述备FPGA与所述备处理器、电源控制模块、主FPGA连接，所述备FPGA用于进行备机输入输出的 信息转换、电源通断控制及电压电流检测、对主机和备机输出的串口信号和图像信号进行 控制以及与主FPGA通信； 所述电源控制模块包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器以及电压 电流检测电路，所述第一继电器控制备机供电，所述第二继电器与第三继电器并联后连接 电源输出接口，所述第四继电器控制主机供电，所述第一继电器与第二继电器的通断由主 FPGA控制，所述第三继电器与第四继电器的通断由备FPGA控制，所述电压电流检测电路检 测检测主机供电、备机供电和外部供电的电压电流； 所述电源输入接口与外部电源连接； 所述电源输出接口与外部功能模块连接。2. 如权利要求1所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在于， 进一步包括网络交换模块、串行接口模块、外部功能模块接口、远程通信接口以及人机交互 接口； 所述网络交换模块包括网络交换机，所述网络交换模块与主处理器、备处理器、外部功 能模块接口、远程通信接口通过数字信号线连接，实现网络信息交互； 所述串行接口模块连接所述主FPGA、备FPGA以及外部功能模块接口，将所述主FPGA或 备FPGA发送的输出串口信号进行转换与隔离后送入所述外部功能模块接口，以及将所述 外部功能模块接口接收到的输入串口信号经转换与隔离后送入所述主FPGA或备FPGA; 所述外部功能模块接口包括串行信号接口和以太网接口，所述串行信号接口连接所述 串行接口模块，所述以太网接口连接所述网络交换模块； 所述远程通信接口为与外部通信网络互连的接插件，与所述网络交换模块连接，包括 以太网接口； 所述人机交互接口接收主处理器和备处理器输出的人机交互信号，并将该人机交互信 号送入对应的人机交互设备。3. 如权利要求2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在于， 所述串行接口模块包括串口驱动芯片、第一总线驱动器、第二总线驱动器、第一隔离电阻、 第二隔离电阻；所述主FPGA和备FPGA对同一串口输出的信号线分别连接至第一总线驱 动器和第二总线驱动器，经由该第一总线驱动器或第二总线驱动器后共同连接到所述串口 驱动芯片的输入端，经所述串口驱动芯片进行信号转换后输出到外部功能模块接口的串行 信号接口；所述第一总线驱动器的使能端口和第二总线驱动器的使能端口由主FPGA和备 FPGA共同控制，第一总线驱动器和第二总线驱动器不能同时处于使能状态；串口驱动芯片 对由外部功能模块接口输入的串行信号进行信号转换，转换后的信号通过第一隔离电阻连 接到主FPGA，通过第二隔离电阻连接到备FPGA。4. 如权利要求2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在于， 所述人机交互设备包括按键与液晶显示屏，所述人机交互接口包括按键输入信号接口、图 像信号输出接口、第三总线驱动器、第四总线驱动器、第三隔离电阻以及第四隔离电阻；所 述主处理器和备处理器输出的图像信号线分别连接至第三总线驱动器和第四总线驱动器， 经由该第三总线驱动器和第四总线驱动器后共同连接到图像信号输出接口，并进一步输 出至液晶显示屏；所述第三总线驱动器和第四总线驱动器各自的使能端口由主FPGA和备 FPGA共同控制，所述第三总线驱动器和第四总线驱动器不能同时处于使能状态；按键信号 经按键输入信号接口后经第三隔离电阻连接到主FPGA，经第四隔离电阻连接到备FPGA。5. 如权利要求1或2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在 于，所述电源控制模块进一步包括第一译码器、第二译码器、第三译码器及第四译码器；主 FPGA输出的第一控制信号线连接至第一译码器的输入端，经第一译码器译码后输出控制信 号控制第一继电器通断；主FPGA输出的第二控制信号线连接至第二译码器的输入端，经第 二译码器译码后输出控制信号控制第二继电器通断；备FPGA输出的第三控制信号线连接 至第三译码器的输入端，经第三译码器译码后输出控制信号控制第三继电器通断；备FPGA 输出的第四控制信号线连接至第四译码器的输入端，经第四译码器译码后输出控制信号控 制第四继电器通断。6. 如权利要求1或2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在 于，所述电压电流检测电路包括测量电阻、电压放大器、第一AD采样芯片以及第二AD采样 芯片；供电电压由所述第一AD采样芯片回采后传送至所述主FPGA或备FPGA，供电电流由 所述测量电阻转换为电压，经所述电压放大器放大后传送至所述第二AD采样芯片并传送 至所述主FPGA或备FPGA。7. 如权利要求1或2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在 于，所述主处理器与备处理器通过各自的以太网口与外部功能模块和外部通信网络进行通 信；通过各自的串口控制器与对应的FPGA通信，并依托该FPGA实现与外部功能模块通信、 对电源的控制以及获取按键信息；通过各自的图像信号控制器输出图像信息控制液晶屏幕 显不〇8. 如权利要求1或2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在 于，所述主FPGA与备FPGA通过串口和各自对应的处理器通信；通过数字信号线连接所述电 源控制模块实现对电源的通断控制及电压电流检测。9. 一种双机冷热备份自主切换的方法，其特征在于，包括以下步骤： S1，提供一如权利要求1或2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统； 52, 对所述双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统进行供电，主机与备机同时 工作，进入开机自检状态，主FPGA对主处理器进行心跳检测，备FPGA对备处理器进行心跳 检测，获取主处理器与备处理器的工作状态； 53, 根据获取到的主处理器与备处理器的工作状态判断系统将采取的工作模式，若主 机与备机均正常工作，则主FPGA控制电源控制模块断开备机电源，系统进入冷备份工作模 式；若主机正常工作，备机有异常，则主FPGA控制电源控制模块断开备机电源，并内部标记 备机故障，系统进入主机单余度工作状态；若备FPGA检出主机异常，则备FPGA控制电源控 制模块断开主机电源，系统进入备机单余度工作状态。10.如权利要求9所述的双机冷热备份自主切换的方法，其特征在于，进一步包括一种 冷备份模式与热备份模式的切换方法： 54, 主处理器监控自身资源开销并通过电源控制模块获取功耗信息，若系统处于冷备 份工作模式下且资源开销过大、功耗尚有余量，则执行步骤S5,若系统处于热备份工作模式 且系统功耗超限，则执行步骤S6 ; 55, 主机控制继电器闭合为备机供电并通过互连信号线传递要求备机工作于热备份模 式的信息，备机开机后检测互连信号线并工作于热备份模式，同时承担部分计算工作，返回 步骤S4 ; S6，主机控制继电器断开对备机断电，系统进入冷备份工作模式，返回步骤S4。
【专利摘要】本发明提供一种双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法，所述系统包括主机、备机、电源控制模块、电源输入接口、电源输出接口、网络交换模块、串行接口模块、外部功能模块接口、远程通信接口以及人机交互接口。本发明提供的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法可以实现双机冷热备份自主切换，具有可靠性高、独立性强、接口共用等优点。
【IPC分类】G05B9/03
【公开号】CN105353604
【申请号】CN201510865036
【发明人】马骋, 张震, 李晶, 熊剑平, 朱荣
【申请人】清华大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月1日