一种冗余系统接入单路总线的方法和系统与流程

本发明涉及冗余系统接入总线的技术，尤其涉及冗余系统接入单路总线时解决地址冲突问题的方法和系统。

背景技术：

当具有冗余硬件结构的系统作为mvb(多功能车辆总线，是一种电气结构与rs485总线类似的列车通信总线)从设备接入单路mvb总线时，需要解决其内部两单系设备的总线地址配置问题。一种做法是将两单系以独立节点形式串联接入总线拓扑，并为两单系设置不同的总线地址。此方法的缺点是系统对外呈现出两个不同的设备地址，即冗余结构对外不透明，增加了外部mvb设备的数据处理需求。

另外一种做法是为两单系配置相同的总线地址，使冗余系统对总线网络呈现为具有唯一地址的设备，这就需要解决两单系设备地址冲突的问题。

现有的解决mvb总线上设备地址冲突的技术主要针对两种场景。一种是mvb总线上有多个mvb主设备，每个主设备对应一个mvb网段，每个网段内又有多个mvb从设备；当这些mvb主设备在总线上相互切换时便引起相应的mvb从设备地址发生冲突，典型的应用场景包括列车网络的动态重联。这类地址冲突通常可以采用mvb主设备动态检测地址冲突、再重分配网段内mvb从设备地址的方法来解决。

另一种是mvb总线上只有一个mvb主设备(或者在一个mvb网段内)，不同mvb从设备间发生地址冲突，典型的应用场景包括冗余架构系统作为mvb从设备接入mvb总线。解决这类地址冲突的现有方案之一，是设计一个特殊的冗余架构，使主系和备系cpu采用同一功能模块实现对外总线通信。例如如图1所示的架构，此方法虽然可以避免主系和备系之间的地址冲突问题，但两系的功能不完全独立，而且实现起来需要将两系集成于同一设备中，在实际应用中缺乏兼容性。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种冗余系统接入单路总线的方法和系统，实现了冗余系统以唯一的设备地址接入单路总线的目标。

本发明的技术方案为：本发明公开了一种冗余系统接入单路总线的系统，包括主系设备和至少一备系设备，其中主系设备和所有的备系设备配置相同的总线地址且均包括处理模块、通信模块和开关电路，处理模块、通信模块和开关电路依次串联，开关电路串联在对外的单路总线接口上，当主系设备正常时主系设备中的开关电路闭合且所有备系电路中的开关电路断开，当主系设备发生故障时通过开关电路主动断开和单路总线的连接且其中一备系设备在检测到主系设备故障后通过开关电路闭合自动切换成主系设备的工作状态。

根据本发明的冗余系统接入单路总线的系统的一实施例，开关电路包括继电器电路。

根据本发明的冗余系统接入单路总线的系统的一实施例，单路总线是多功能车辆总线或者带有冗余线路的多功能车辆总线。

根据本发明的冗余系统接入单路总线的系统的一实施例，在主系设备和所有的备系设备中均带有设备自检功能，设备自检功能包括上电自检和周期性自检。

根据本发明的冗余系统接入单路总线的系统的一实施例，系统还包括一计算机程序，所述计算机程序执行后控制主系设备和所有的备系设备中执行如下的步骤：

在设备上电后默认的开关电路断开，进行上电自检，若上电自检不通过则设备宕机，若上电自检通过则继续执行后续步骤；

进行设备初始化，根据设备是否为主系设备分别执行不同的后续步骤；

若是主系设备，则控制设备的开关电路闭合使其以主系状态运行，并执行周期性自检，若自检不通过则控制设备的开关电路断开，设备宕机；

若是备系设备，则保持设备的开关电路断开使其以备系状态运行，并执行周期性自检，若自检不通过则设备宕机，若自检通过则需周期性检查主系设备是否发生故障，当主系设备发生故障后，备系设备控制开关电路闭合从而切换成主系状态运行，并持续执行周期性自检，若自检不通过则控制设备的开关电路断开，设备宕机。

本发明还公开了一种冗余系统接入单路总线的方法，在上述的冗余系统接入单路总线的系统的主系设备/备系设备上运行，所述方法包括：

在设备上电后默认的开关电路断开，进行上电自检，若上电自检不通过则设备宕机，若上电自检通过则继续执行后续步骤；

进行设备初始化，根据设备是否为主系设备分别执行不同的后续步骤；

若是主系设备，则控制设备的开关电路闭合使其以主系状态运行，并执行周期性自检，若自检不通过则控制设备的开关电路断开，设备宕机；

若是备系设备，则保持设备的开关电路断开使其以备系状态运行，并执行周期性自检，若自检不通过则设备宕机，若自检通过则需周期性检查主系设备是否发生故障，当主系设备发生故障后，备系设备控制开关电路闭合从而切换成主系状态运行，并持续执行周期性自检，若自检不通过则控制设备的开关电路断开，设备宕机。

根据本发明的冗余系统接入单路总线的方法的一实施例，开关电路包括继电器电路。

根据本发明的冗余系统接入单路总线的方法的一实施例，单路总线是多功能车辆总线或者带有冗余线路的多功能车辆总线。

根据本发明的冗余系统接入单路总线的方法的一实施例，在主系设备和所有的备系设备中均带有设备自检功能，设备自检功能包括上电自检和周期性自检。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的方案是基于一个通用的冗余系统架构，通过引入串联继电器及合理的主备切换机制来实现主系设备和备系设备的通信独立，从而保证在任一时间点上，地址配置相同的两单系设备中只有一系接入单路总线，这样既避免了地址冲突，又能做到主系和备系切换前后系统对外的设备地址不变且唯一。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了现有的冗余系统接入单路总线的原理图。

图2示出了本发明的冗余系统接入单路总线的系统的实施例的原理图。

图3示出了在图2所示的系统中的单系设备上电后的工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

图2示出了本发明的冗余系统接入单路总线的系统的实施例的原理。请参见图2，本实施例的系统包括：主系设备和至少一备系设备。在本实施例中用一个备系设备来说明，当然可以扩展为多个备系设备。

主系设备和所有的备系设备配置相同的总线地址，在本实施例中以mvb总线(还可以是带有冗余线路a线b线的mvb总线)为例来说明，也可以扩展为基于总线地址通信的其他类型的通信网络。

主系设备和备系设备均使用同样的内部模块和运行机制。每一设备中均包括：处理模块、通信模块和开关电路，在本实施例中开关电路为继电器电路，也可以扩展为其他类型的开关器件和开关电路，功能是切断对外mvb通信连接。

处理模块、通信模块和开关电路依次串联，开关电路串联在对外的mvb总线接口上。mvb总线信号在系统内部串联后与外部设备接口通信。主备切换机制在设备内的处理模块中通过运行计算机程序来实现。冗余系统中通常只有主系设备发送和接收mvb数据，备系设备不做mvb操作。因此当主系设备正常时主系设备中的继电器电路闭合而所有备系电路中的继电器电路断开。当主系设备发生故障(检测到故障或者自身发生故障)时通过继电器电路主动断开和mvb总线的连接且其中一备系设备在检测到主系设备故障后通过继电器电路闭合后自动切换成主系设备的工作状态。这样设计的主备切换机制能够在不发生地址冲突的前提下保证主系备系切换时系统对外通信的总线地址前后一致。

在主系设备和所有的备系设备中均带有设备自检功能，设备自检功能包括上电自检(上电自检只在设备上电时进行一次)和周期性自检(周期性自检需要在计算机程序运行期间反复执行)。周期性自检分为两类，一是处理模块内的主控制器周期性发起对自身状态及其他模块状态的故障检测，二是独立于主控制器的检测电路负责实时监测主控制器的故障状态，任何一种自检失败都会导致继电器断开，同时设备宕机。这种故障处理机制可以最大程度的防止两单系设备同时接入mvb总线而引起设备地址冲突。

为了实现上述的主备切换机制，系统通过运行计算机程序来控制主系设备和备系设备(可统称为单系设备)执行如图3所示的步骤。

在设备上电后默认的继电器电路断开，进行上电自检，若上电自检不通过则设备宕机，若上电自检通过则继续执行后续步骤。

进行设备初始化，根据设备是否为主系设备分别执行不同的后续步骤：

若是主系设备，则控制设备的继电器电路闭合使其以主系状态运行，并执行周期性自检，若自检不通过则控制设备的开关电路断开，设备宕机。

若是备系设备，则保持设备的继电器电路断开使其以备系状态运行，并执行周期性自检。若自检不通过则设备宕机，若自检通过则需周期性检查主系设备是否发生故障。当主系设备发生故障后，备系设备控制开关电路闭合从而切换成主系状态运行，并持续执行周期性自检，若自检不通过则控制设备的开关电路断开，设备宕机。

除了上述的系统实施例，本发明还公开了冗余系统接入单路总线的方法，该方法是在上述的系统的主系设备/备系设备上运行。系统的结构如图2所示，而运行的方法也如图3所示。方法的具体步骤和上述的系统实施例中对图3所示的方法的步骤相同，在此不再赘述。

本发明的特点在于使用继电器为两系设备接入mvb总线提供物理开关，两系设备可以配置相同的mvb地址，保证冗余结构对mvb网络的透明，同时通过合理控制继电器状态可以避免mvb总线上的地址冲突。

另外本发明提出的冗余架构系统支持主系和备系设备在物理和功能层面都保持独立。冗余系统设备的状态转换逻辑及配套的自检机制，可以保证主系备系切换时不发生总线设备地址冲突。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。