一种OTN传送网设备中的主备倒换电路及倒换方法与流程

本发明其目的就在于提供一种otn传送网设备中的主备倒换电路及倒换方法。

背景技术：

在otn传送网设备中，为了提高设备的可靠性，通常对控制板采用主备热备份这种冗余技术。在这种系统中两块相同的控制板同时工作，一块主用，另一块备用，并且将指示信号送给各个线路卡，用于选择背板信号通道来源。在实际实现中，有的总线信号在2个控制卡之间是直接相连的，这时由主卡驱动这些信号，而备卡将这些信号设置成高阻。主备卡还会有独立的业务信号线连到线路卡上，主备卡都同时驱动各自的业务信号，由线卡根据主备指示信号二选一。以上描述的系统在倒换过程中，总线控制信号的输出会有个转变过程要耗时间，特别是业务信号的倒换会造成业务的中断和重建，耗费时间很长，所以要求从故障发生到完成切换的时间越短越好，有时需要做到几个毫秒以下。

早期技术中通常采用循环程序检测判断主板状态，当发生故障时，通过心跳检测等较复杂的方法通知备用板，由备用板发起倒换申请。这种方法过多依赖软件支持，无法实时预测到设备板的突发故障，而且在主用板软件太忙时，会造成心跳的发送错误，也会在备用板软件太忙时，造成心跳的接收错误。执行倒换的命令也是通过软件下发，整个倒换时间的压缩有限。

后期有采用4线状态信号线实现的主备倒换系统。这种技术引入了申请态信号线，主要采用硬件控制，但是整个系统的状态个数多，且状态的跃迁路径复杂，增加了进入死态的风险，也占用了4根背板连线资源。另外，主备板都使用时钟驱动的数字逻辑，以互送的4根信号线为共同的状态跃迁的依据，需要主备板使用共同的时钟信号，以避免跨时钟域引入的时序判断错误，这样增加了系统的复杂度和出错风险。

技术实现要素：

本发明其目的就在于提供一种otn传送网设备中的主备倒换电路及倒换方法，解决了现有otn传送网设备中倒换系统占用背板连线资源多，倒换控制复杂，出错风险高的技术问题。

为实现上述目的而采取的技术方案是，一种otn传送网设备中的主备倒换电路，该电路包括左槽位控制板和右槽位控制板，所述左槽位控制板和右槽位控制板之间经2根互为反向的主备指示信号线连接，2根主备指示信号线的目的终端处均设有上拉电阻，所述的左槽位控制板和右槽位控制板均包括有cpu、可编程逻辑器件（cpld）、其他电路模块，可编程逻辑器件（cpld）包括软件就绪寄存器和倒换请求寄存器，所述cpu经寄存器访问接口与可编程逻辑器件（cpld）连接，可编程逻辑器件（cpld）经故障指示信号组件与其他电路模块连接。

一种otn传送网设备中的主备倒换电路的倒换方法，该倒换方法包括以下步骤：

步骤1、开始、延时a：首先将系统上电，cpu启动，整板完成上电复位，为了在每次上电后的主卡固定在某一个槽位，让cpu多做一个有区别的秒级延时再置位软件就绪寄存器；

步骤2、本板为备用板：将总线输出信号设为高阻，输出备用指示信号；

步骤3、软件是否就绪：实时监视cpld的软件就绪寄存器，决策是否继续保持备用状态；

步骤4、其它电路是否正常：实时监视其它电路的故障指示信号，决策是否继续保持备用状态；

步骤5、对板是否为主：实时监视对板的主备指示信号，决策是否继续保持备用状态；

步骤6、本板为主用板：将总线输出信号设为驱动模式，并输出主用指示信号；

步骤7、倒换请求是否置位：实时监视cpld的倒换请求寄存器，决策是否立即跃迁到备用态；

步骤8、对板是否为主：在本板为主的情况下，监视对板是否也为主，决策是否做冲突退让；

步骤9、延时b：在出现双主冲突时，本板和对板做不同的纳秒级退让延时。

有益效果

与现有技术相比本发明具有以下优点。

本发明解决了现有otn传送网设备中倒换系统占用背板连线资源多，倒换控制复杂，出错风险高的技术问题，提供一种只需2根互联线、控制简单、倒换快速的倒换控制电路和方法，采用纯硬件实现，主备板独立决策和独立运行，很好地提高系统稳定性，缩短倒换时间，极大地降低倒换错误发生的概率。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明的主备倒换电路图；

图2为本发明的主备倒换流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

一种otn传送网设备中的主备倒换电路，该电路包括左槽位控制板1和右槽位控制板2，如图1所示，所述左槽位控制板1和右槽位控制板2之间经2根互为反向的主备指示信号线3连接，2根主备指示信号线3的目的终端处均设有上拉电阻4，所述的左槽位控制板1和右槽位控制板2均包括有cpu21、可编程逻辑器件22、电路模块23，可编程逻辑器件22包括软件就绪寄存器221和倒换请求寄存器222，所述cpu21经寄存器访问接口与可编程逻辑器件22连接，可编程逻辑器件22经故障指示信号组件与电路模块23连接。

所述的2根主备指示信号线3还与线路板卡5连接，线路板卡5插在背板6上，背板6上还设有数据通道7。

一种otn传送网设备中的主备倒换电路的倒换方法，如图2所示，该倒换方法包括以下步骤：

步骤1、开始、延时a：首先将系统上电，cpu启动，整板完成上电复位，为了在每次上电后的主卡固定在某一个槽位，让cpu多做一个有区别的秒级延时再置位软件就绪寄存器；

步骤2、本板为备用板：将总线输出信号设为高阻，输出备用指示信号；

步骤3、软件是否就绪：实时监视cpld的软件就绪寄存器，决策是否继续保持备用状态；

步骤4、其它电路是否正常：实时监视其它电路的故障指示信号，决策是否继续保持备用状态；

步骤5、对板是否为主：实时监视对板的主备指示信号，决策是否继续保持备用状态；

步骤6、本板为主用板：将总线输出信号设为驱动模式，并输出主用指示信号；

步骤7、倒换请求是否置位：实时监视cpld的倒换请求寄存器，决策是否立即跃迁到备用态；

步骤8、对板是否为主：在本板为主的情况下，监视对板是否也为主，决策是否做冲突退让；

步骤9、延时b：在出现双主冲突时，本板和对板做不同的纳秒级退让延时。

该方法步骤的跃迁路径如下：

1)正常整框上电，左槽位的运行流程：1[延时0秒]->2->(3->4->5->6->7->8)；说明：数字代表步骤，括号内是无限循环执行，直到条件改变；

2)正常整框上电，右槽位的运行流程：1[延时5秒]->(2->3->4->5)；

3)如果发生双主冲突，左槽位的运行流程：1->2->3->4->5->6->7->8->9[延时40纳秒]->(3->4->5->6->7->8)；

4)如果发生双主冲突，右槽位的运行流程：1->2->3->4->5->6->7->8->9[延时0纳秒]->3->4->5->(2->3->4->5)；

5)有倒换请求发生，本板由主到备的运行流程：1->2->3->4->5->6->7->8->3->4->[倒换请求寄存器置位]5->6->7->(2->3->4->5)；说明：[倒换请求寄存器置位]这个事件可以发生在任意时刻；一定时间后（如：40纳秒后），这个寄存器还需要被清零；

6)有倒换请求发生但是对板有故障，本板由主到备再到主的运行流程：1->2->3->4->5->6->7->8->3->4->[倒换请求寄存器置位]5->6->7->2->3->4->5->6->7->2->3->[倒换请求寄存器清零]4->5->6->7->8->(3->4->5->6->7->8)。

参见图1，图中虚线框分别代表2块互为备份的控制板，并插在同一个背板6上，分别标注为左槽位控制板1和右槽位控制板2。在每个控制板内部，包含cpu21、cpld22和其它电路模块23三大部分，其中：1）cpu用于运行软件并扫描监视其外设电路等的工作状态，还负责完成同对板的cpu之间的数据通信并保证主备之间的数据配置同步，cpu可通过寄存器访问接口读写cpld的寄存器，从而通知cpld软件是否就绪或者提出倒换请求；2）cpld负责运行主备判决的算法，综合3个方面的信息来源（寄存器值，其它电路故障指示和对板主备状态指示），决策本板的主备状态，并改变自己的主备指示输出，同时控制自己的总线输出信号的高阻状态；3）其它电路模块的范围很大，举例如电压电流监视，温度监视，业务线link状态监视等。

本发明简化了主备板之间的互联线至2根，其中1根是本板送给对板的主备指示信号，用于指示本板的当前主备状态；另1根是对板送给本板的主备指示信号，用于指示对板的当前主备状态。这2根线在背板上同时送给各个线路卡，作为线路卡的选择背板通道的控制源。这2根线分别在目的板卡的输入端都有上拉电阻，当对板不在位时，线路的状态是确定的备用状态，避免造成混乱。

在系统上电后，本板和对板都是默认的备用态。当cpu完成启动，并完成了整板初始化和配置，再完成各项自检后，将cpld中的软件就绪寄存器置位，表示软件及其监视的电路已正常并达到成为主卡的要求。同理，其它电路也输出指示信号给cpld，指示自己正常并达到成为主卡的要求。cpld根据如上2个信息，在对板没有跃迁为主卡的前提下，自己主动跃迁为主卡，并通过输出主备指示信号，抑制了对板成为主卡的可能，从而使整个系统第一时间达到稳定工作阶段。

如上过程有几个要点需要在流程设计时注意：1）本板和对板同时跃迁为主卡，虽然这个冲突的概率非常小，如果碰上了，采用简单的退让算法就可解决，退让的延时时间根据所在槽位不同而设计成不同就可以了。2）系统整框多次开电过程中，会出现成功跃迁为主卡的槽位不固定的情况，虽不影响使用，但可以避免：在启动过程中，让某一个槽位（比如：右槽位）的控制板增加一个固定的秒级延时，就可以固定的让左槽位的控制板跃迁成为主。3）软件需要持续监视电路，发现故障及时改变软件就绪寄存器的值，这个值可以根据看门狗的原理设计成自清模式，可以监视到软件死机等异常情况。

在系统稳定运行过程中，如果主卡的软件因故改变就绪状态为”故障”或者其它电路检测到故障并输出故障指示，cpld将主动跃迁为备卡。此时，如果对板是处于软件就绪且其它电路无故障状态，就会立即跃迁成为主卡，从而完成了整个倒换过程。值得注意的是：如果对板也处于故障状态，那么将无法跃迁成为主卡，此时，系统会有2个备卡0个主卡，这种状态的前提是整框同时发生了2个以上的故障点，并且是分布在2个控制卡上，整个系统处于故障状态也就是不可避免的了。

还有一种倒换的情况，就是把正常运行的主卡拔掉，这时由于主备指示信号有上拉电阻，就会把信号置高（高：表示备用；低：表示主用），对板根据这个信号立即将自己跃迁成为主卡，完成倒换过程。

在系统测试或者调试过程中，有时需要在系统正常情况下，通过人工命令让系统发生主备倒换。cpld中的倒换请求寄存器可以很好的完成这个功能。cpu收到人工倒换请求命令后，将倒换请求寄存器置位，cpld主动跃迁为备卡，此时对板立即跃迁为主卡，完成倒换。注意：倒换请求只发生在主卡中，备卡不理会倒换请求寄存器。倒换请求寄存器在置位后，可以由cpu主动清0，或者cpld逻辑自动清0，以便于从对板再次倒换到本板。

本板和对板的cpu间的数据通道可以是任何类型的板间通道，如fe,ge或者其它。在otn传送网设备中，主卡和备卡之间的配置数据和工作状态要求保持一致，这就需要主卡将自己的信息通过数据通道传送给备卡，备卡需要完成接收并完成执行后，再将cpld的软件就绪状态位置位，为跃迁成主卡做准备。这个过程是需要较长时间的，所以，在刚完成倒换过后，需要过一段足够长的时间才能再次倒换。注意，在双备的情况下，都使用默认的配置数据来配置并完成软件就绪状态位的置位。