专利名称：一种具有自诊断功能的处理器装置的制作方法
技术领域：
本发明为一种针对系统高安全性，稳定性运行而设计的自诊断功能的处理器，具 体说是一种可实现对包括电源供电电压、FLASH、内存、总线、上电复位、手动复位和看门狗 复位自诊断的自诊断功能的处理器。可应用于核电站等大型工程领域，能够保证系统的高 安全性、稳定性。
背景技术：
近年来，随着自动化技术和计算机技术的飞速发展，高度可靠的电子元器件、精 良的制造工艺、完备的冗余手段、先进的自诊断技术加上先进的控制理论的应用，使得 DCS (Digital Control System)主处理器的控制功能由原来的简单控制提升到一个全新的 层面，为执行简单的或复杂的控制策略提供了功能强大的控制手段。但是，由于系统的安全 性、稳定性、自诊断的覆盖范围和其它一些因素，目前国内的DCS系统还没有在核电站安全 级仪控系统中使用。自诊断功能的处理器装置主要解决以下难点问题1)低功耗；2)供电电源电压监视；3) CPU 异常；4)内存诊断；5) FLASH 诊断；6)插入监控诊断；7)看门狗的自诊断。运行状态显示，核电站安全仪控中现有的处理器装置均为国外产品，国内公司并 无类似的成熟的解决方案和产品。现有处理器装置主要缺点有以下几个方面(1)功耗较高、通常采用风扇或散热片进行散热；(2)运行状态显示单一；(3)自诊断功能少，覆盖范围小。因此，开发用于核电站安全仪控的，具有高安全性、稳定性的自诊断功能的处理器 是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有自诊断功能的处理器装置及采用该装置进行自诊 断的方法，该处理器装置应用于核电站，为系统提供高安全性稳定性。该自诊断功能的处理 器装置可实现对包括电源供电电压、FLASH、内存、总线、上电复位、手动复位和看门狗复位 自诊断的自诊断。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为该自诊断功能的处理器装置放置在系统主板上，通过自身的总线驱动器与系统总线相连，所述自诊断功能的处理器包括钥 匙开关，光耦隔离器，CPLD以及处理器，所述钥匙开关的信号通过光耦隔离器后传递给系统 CPLD，所述CPLD通过电路中的多路数据传输总线与处理器进行数据通信，所述自诊断功能 的处理器设有3种运行模式包括正常运行、测试和下装模式，上述3种运行模式通过3位钥 匙开关来进行选择和实现，其特征在于当钥匙开关处于固定模式时，处理器读取相应的状 态信息，3位钥匙开关状态信息的入口地址为Al，数据的低3位对应的钥匙开关的不同状 态；所述钥匙开关和CPLD之间采用光耦进行隔离，实现电气上的隔离。本发明的处理器装置是核电站安全级仪控系统的一部分，主要实现的功能有以下 几个方面(1)运行模式识别；(2)槽号的识别；(3)站号识别；(4)状态显示；(5)组态程序下装；(6)与其它装置的通讯。本发明的站号识别功能由6位拨码开关进行识别处理，拨码开关的每位有“0”和 “ 1 ”两种状态，总共设置64个站号。6位站号信息的入口地址为A2，如BAR+0x00000004。数 据线DO D5对应于6位站号，CPLD对6位站号信息的地址进行读操作，数据的最低6位 就是对应的站号。本发明的处理器装置的槽号信息由4位状态信息构成，槽号信息位在主板是固定 的，当自诊断功能的处理器装置插入机箱时，它就会读取槽号信息来判断插入的槽号位置 是否正确，4位槽号信息的地址为A3，如BAR+0x00000008，数据线DO D3对应4位槽号，对 4位槽号信息的地址进行读操作，数据的最低4位就是对应的槽号。自诊断功能的处理器装置设计采用6个LED灯，分别指示电源、运行、测试、正常运 行、下装和错误6种状态。当系统供电正常后电源指示灯为恒定的指示状态，其它5个可控 LED的地址为A4，如BAR+OxOOOOOOOO。数据线DO D4对应5个可控指示灯LED。本处理器装置还采用了一个4位的点阵模块用来显示具体的状态信息，点阵显 示的地址为A5，如BAR+0X00000010— BAR+0x0000001C。数据线DO D6分别对应点阵的 7个数据位，此点阵模块共有四位，第一位的地址为A6，如BAR+OxOOOOOOlO，第二位的地址 为A7，如BAR+0x00000014，第三位的地址为A8，如BAR+0x00000018，第四位的地址为A9，如 BAR+0x0000001C,分别对这4个地址进行写操作就可以实现对点阵模块的4个位分别进行 显示控制。所述自诊断功能的处理器装置通过总线接口方式进行组态程序的下装，所述处理 器为嵌入式处理器。所述自诊断功能的处理器装置插在机箱里的主板上，处理器的LocalPlus Bus通 过主板的总线访问其它装置上的双口 RAM实现与其它装置的通讯。所述自诊断功能的处理器装置能够自诊断的内容包括电源供电电压、FLASH、内 存、总线、上电复位、手动复位和看门狗复位自诊断(1)供电电源电压的自诊断采用多路电源监控芯片，当板上的几种工作电压的任
5何一种电压超出正常值的士 10%时，监控芯片对应的输出引脚就会输出电平信号，使相应 的电源状态指示灯熄灭，同时电源监控芯片的复位脚也会输出复位信号，通过主板传给监 视系统；(2)自诊断功能的处理器装置的FLASH自诊断采用CRC32校验的方式来验证数据 的完整性，在周期运行阶段根据本周期剩余时间执行校验操作，分多个周期完成全部完整 性检查，以一定的时间间隔重复该周期过程，监视的内容包括RTS代码和下装文件；(3)对主板总线的自诊断主要是验证主板的Local总线是否存在故障，对主板总 线监视的主要方法是通过Local总线对双口 RAM某个预先定义的用于测试其功能的地址进 行两次写反操作，在每次写入之后进行回读；(4)对看门狗和核心处理器的自诊断，看门狗和核心处理器各自有独立的时钟， 当电源上电完成后，看门狗定时器立即启动，核心处理器的喂狗程序开始在看门狗定时器 的有效时间内喂狗，一旦喂狗时间溢出，看门狗将输出一个持续的复位信号，终止核心处理 器的程序，在程序运行状态正常的情况下，自诊断处理器通过访问看门狗的计数寄存器对 看门狗状态进行周期监视，在每个程序运行周期，核心处理器读取看门狗计时器的计数值， 并与上周期读取值进行比较以确定看门狗运行状态，当核心处理器检测到看门狗时钟失效 时，核心处理器停止喂狗并终止程序，当看门狗时钟故障或者自诊断处理器故障时，模块输 出故障信号给监视模块；(5)手动复位电路检测，手动复位也通过信号处理之后传输给监视模块，监视模块 仅把手动复位作为一个报警处理。当系统电源输入后，经DC/DC转换后得到自诊断功能的处理器装置所需的三种电 压，对于这三种电源电压的监视模块采用专用的电源监视IC，当电源上电完成之后，电源监 视IC输出上电复位信号，处理器装置采用LED进行显示，当三种电源供给都存在的情况下， LED亮，否则LED灭，显示故障，当电源电压出现过压或者低压的时候，电源监视IC就会输出 复位信号，自诊断功能的处理器装置监视板载电源电压的故障，自诊断功能的处理器装置 把复位信号经过处理后输出给监视模块，同时监视模块开始计时，当超过特定的时间，自监 视认为处理器装置故障产生。采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果1.本发明自诊断功能的处理器装置除了对内存的检查之外，增加了对板卡供电电 源的诊断、看门狗复位、手动复位和电源上电复位的诊断；2.本发明采用了低功耗的处理器，降低系统的功耗，实现无风扇散热；3.本发明采用了 4位LED点阵模块，既可以显示数字又可以显示字符，与目前的液 晶显示屏相比较，点阵模块通过插针焊接的安装方式，增强了抗震能力；4.本发明自诊断功能的处理器装置的自诊断采用了分时监视的方法，减小了自诊 断占用系统的运行时间，增加系统输出的及时性。
图1为处理器装置的原理框图；图2为运行模式识别电路框图；图3为处理装置和其它装置的通讯框图4为处理器装置程序运行流程图。
具体实施例方式图1是本发明的处理器装置的原理框图，图2是本发明的处理器装置运行模式识 别电路框图，如图1、图2、图3所示，本发明的自诊断功能的处理器装置设置在系统主板总 线上，自诊断功能的处理器包括钥匙开关，光耦隔离器，CPLD以及嵌入式处理器，所述钥匙 开关的信号通过光耦隔离器传递到CPLD，所述CPLD通过电路中的多路数据传输总线与处 理器进行数据通信，所述自诊断功能的处理器设有3种运行模式包括正常运行、测试和下 装模式，上述3种运行模式通过3位钥匙开关来进行选择和实现，当钥匙开关处于固定模式 时，处理器读取相应的状态信息，3位钥匙开关状态信息的入口地址为Al，数据的低3位对 应的钥匙开关的不同状态；所述钥匙开关和CPLD之间采用光耦进行隔离，实现电气上的隔
1 O本发明的自诊断功能的处理器装置设计采用6个LED灯分别指示电源、运行、测 试、正常运行、下装和错误6种状态。当系统供电正常后电源指示灯为恒定的指示状态， 其它5个可控LED的地址为A4，如BAR+OxOOOOOOOO。数据线DO D4对应5个LED，除了 LED灯之外，本处理器装置还采用了一个4位的点阵模块用来显示具体的状态信息，点阵 显示的地址为A5，如BAR+0X00000010-BAR+0x0000001C。数据线DO D6分别对应点阵的 7个数据位，此点阵模块共有四位，第一位的地址为A6，如BAR+OxOOOOOOlO，第二位的地址 为A7，如BAR+0x00000014，第三位的地址为A8，如BAR+0x00000018，第四位的地址为A9，如 BAR+0x0000001C,分别对这4个地址进行写操作就可以实现对点阵模块的4个位分别进行 显示控制。供电电源采用多路的电源监控芯片，当板上的几种工作电压的任何一种电压超出 正常值的士 10%时，监控芯片对应的输出引脚就会输出低电平信号，使相应的电源状态指 示灯熄灭，同时电源监控芯片的复位脚也会输出复位信号，通过主板传给监视模块。电源输 入后，经DC/DC转换后得到处理器装置所需的三种电压，并按照核心处理器要求的上电顺 序进行上电启动。对于这三种电源电压的监视，模块采用专用的电源监视IC，当电源上电完 成之后，电源监视IC输出上电复位信号，且复位时间可调。对于电源，处理器装置采用LED 进行显示，只有当三种电源供给都存在的情况下，LED才亮，否则LED灭显示故障。当电源 电压出现过压或者低压的时候，电源监视IC就会输出复位信号直到电源电压恢复正常一 定时间之后。根据这一特性，处理器装置可以监视板载电源电压的故障。处理器装置把复 位信号经过处理后输出给监视模块，当复位信号产生后，监视模块开始计时，当超过特定的 时间，该特定时间要大于启动复位和手动复位的时间，自监视认为处理器装置故障产生，电 源电压故障也是导致复位信号超时的原因之一。看门狗和核心处理器各自有独立的时钟，当电源上电完成后，看门狗定时器立即 启动，核心处理器的喂狗程序开始在看门狗定时器的有效时间内不停的喂狗，一旦喂狗时 间溢出，看门狗将输出一个持续的复位信号，终止核心处理器的程序。在程序运行状态正常 的情况下，程序通过访问看门狗的计数寄存器对看门狗状态进行周期监视。在每个程序运 行周期，核心处理器读取看门狗计时器的计数值，并与上周期读取值进行比较以确定看门 狗运行状态。为了使核心处理器相近周期读取的看门狗定时器的计数值都是不同的，看门狗定时器的计数值要包括固定的定时计数值和变化计数值两个部分。当核心处理器检测到 看门狗时钟失效时，核心处理器停止喂狗并终止程序。当看门狗时钟故障或者核心处理器 故障时，模块输出故障信号给监视模块。对于看门狗计时器和处理程序同时故障的情况，应 在故障管理中归结为处理器装置故障，同样可以输出故障信号给监视模块。本处理器装置有正常运行、测试和下装3种运行模式，此3种模式采用3位的钥匙 开关来实现，当拨动钥匙开关到固定的模式时，处理器就可以读取相应的状态信息。3位钥 匙开关状态信息的地址为Al，如BAR+OxOOOOOOOC。数据线DO D2对应3位钥匙开关状态， 对3位钥匙开关状态的地址进行读操作，数据的最低3位就是对应的钥匙开关状态，此地址 只读不写。为了实现电气上的隔离，钥匙开关和CPLD之间采用光耦进行隔离。本处理器装置的站号识别功能由6位拨码开关进行识别处理，拨码开关的每 位有“0”和“1”两种状态，总共可以设置64个站号。6位站号信息的地址为A2，如 BAR+0X00000004。数据线DO D5对应6位站号，对6位站号信息的地址进行读操作，数据 的最低6位就是对应的站号，此地址只读不写。本处理器装置的槽号信息由4位状态信息构成。由于槽号信息位在主板是固定 的，本处理器装置插入机箱时，它就会读取槽号信息来判断插入的槽号位置是否正确。4位 槽号信息的地址为A3，如BAR+0x00000008。数据线DO D3对应4位槽号，对4位槽号信 息的地址进行读操作，数据的最低4位就是对应的槽号，此地址只读不写。本处理器装置通过接口进行组态程序的下装。所述处理器为嵌入式处理器。本处理器装置是插在机箱里的主板上，本装置的核心处理器的LocalPlus Bus通 过主板的总线访问其它装置上的双口 RAM实现与其它装置的通讯。本处理器装置的FLASH监视采用软件，Flash设备能否成功初始化是通过读取芯 片的厂商ID和设备ID来进行的，根据读取的结果是否和Flash手册中规定的值是否一致 来验证能否正确开始进行Flash的相关操作。对于FLASH数据的完整性，采用做CRC32校 验的方式来验证数据的完整性，校验码从Flash中读取。在初始化时候完成全部数据的校 验操作。以后在周期运行阶段根据本周期剩余时间执行部分校验操作，分多个周期完成全 部完整性检查，以后根据需要以一定的时间间隔重复该周期过程。监视的内容主要包括RTS 代码和下装文件等。内存分为可变存储区和不可变存储区。内存中不可变存储区的初始化主要包括对 内存清零操作和在系统初始化时候向内存中写入数据两部分。这两个步骤能否成功执行可 以通过写入然后回读比较的方法进行。内存中不可变存储区主要用于存储数据的，在正常 工作中只是用于读取。所以验证的主要方法就是做CRC32校验。对主板总线的监视主要是验证主板的Local总线是否存在故障。因为处理器装置 是通过主板Local总线和其它装置的双口 RAM进行相连，并且双口 RAM的读写速度本身比 较慢，然而监视操作又不能占有太多的操作时间，所以对主板总线监视的主要方法是通过 Local总线对双口 RAM某个预先定义的用于测试其功能的地址，具体位置根据实际程序进 行设定，进行两次写反操作。在每次写入之后进行回读，按照这种方法来检测是否可以成功 写入。用这种方法可以验证主板总线的物理链路是否完好。手动复位也是处理器装置复位的情况之一，所以，手动复位也通过信号处理之后 传输给监视模块。但监视模块仅把手动复位作为一个报警处理，并不作为处理器装置的故障进行处理。自诊断功能的处理器装置进行自诊断的过程为首先通过钥匙开关对该处理器的 工作模式进行选择，工作模式信息送入到CPLD进行逻辑处理后通过显示模块进行显示，同 时CPLD完成对系统中站号信号和槽号信息的识别和处理，处理后的信息送入到嵌入式处 理器进行相关诊断程序的执行，达到对系统中各模块的诊断能力本发明采用PowerPC架构的处理器减小装置的功耗，无风扇，防止了由风扇引入 的不确定性故障。其次本发明采用了4位点阵模块增加了装置多样化的显示手段。最后本 发明为了增强系统的可靠性和运行状态的确定性增加了一些自诊断项，扩大了自诊断的覆 盖范围。
权利要求
1.一种具有自诊断功能的处理器装置，所述自诊断功能的处理器装置放置在系统主板 上，通过自身的总线驱动器与系统总线相连，所述自诊断功能的处理器包括钥匙开关，光耦 隔离器，CPLD以及处理器，所述钥匙开关的信号通过光耦隔离器后传递给CPLD，所述CPLD 通过电路中的多路数据传输总线与处理器进行数据通信，其特征在于所述自诊断功能的处 理器设有3种运行模式包括正常运行、测试和下装模式，上述3种运行模式通过3位钥匙开 关来进行选择和实现，当钥匙开关处于固定模式时，处理器读取相应的状态信息，3位钥匙 开关状态信息的入口地址为Al，数据的低3位对应的钥匙开关的不同状态；所述钥匙开关 和CPLD之间采用光耦进行隔离，实现电气上的隔离。
2.根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的处理器装置，其特征在于自诊断功 能的处理器装置的站号识别功能由6位拨码开关进行识别处理，拨码开关的每位有“0”和 “1”两种状态，总共设置64个站号，6位站号信息的入口地址为A2，数据线DO D5对应于 6位站号，CPLD对6位站号信息的进行读操作，数据的最低6位就是对应的站号。
3.根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的处理器装置，其特征在于自诊断功 能的处理器装置的槽号信息由4位状态信息构成，槽号信息位在主板是固定的，当自诊断 功能的处理器装置插入机箱时，读取槽号信息判断插入的槽号位置，4位槽号信息的入口地 址为A3，数据的最低4位就是对应的槽号。
4.根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的处理器装置，其特征在于自诊断功 能的处理器装置设计采用6个指示灯LED，分别指示电源、运行、测试、正常运行、下装和错 误6种状态，当系统供电正常后所述电源指示灯LED为恒定的指示状态，其它5个可控指示 灯LED的入口地址为A4，数据线DO D4分别对应5个可控指示灯LED。
5.根据权利要求4所述的一种具有自诊断功能的处理器装置，其特征在于自诊断功 能的处理器装置采用了一个4位的点阵模块用来显示具体的状态信息，点阵显示的入口地 址为A5，数据线DO D6分别对应点阵的7个数据位，此点阵模块共有四位，第一位的地址 为A6，第二位的地址为A7，第三位的地址为A8，第四位的地址为A9，分别对这4个地址进行 写操作，实现对点阵模块的4位分别进行显示控制。
6.根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的处理器装置，其特征在于所述自诊 断功能的处理器装置通过总线接口方式进行组态程序的下装，所述处理器为嵌入式处理器。
7.根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的处理器装置，其特征在于所述自诊 断功能的处理器装置插在机箱里的主板上，所述处理器通过主板的总线访问其它装置上的 双口 RAM实现与其它装置的通讯。
8.根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的处理器装置，其特征在于所述自诊 断功能的处理器装置能够自诊断的内容包括电源供电电压、FLASH、内存、总线、上电复位、 手动复位和看门狗复位自诊断(1)供电电源电压的自诊断采用多路电源监控芯片，当板上的几种工作电压的任何一 种电压超出正常值的士 10%时，监控芯片对应的输出引脚就会输出电平信号，使相应的电 源状态指示灯熄灭，同时电源监控芯片的复位脚也会输出复位信号，通过主板传给监视系 统；(2)自诊断功能的处理器装置的FLASH自诊断采用CRC32校验的方式来验证数据的完整性，在周期运行阶段根据本周期剩余时间执行校验操作，分多个周期完成全部完整性检 查，以一定的时间间隔重复该周期过程，监视的内容包括RTS代码和下装文件；(3)对主板总线的自诊断主要是验证主板的Local总线是否存在故障，对主板总线监 视的主要方法是通过Local总线对双口 RAM某个预先定义的用于测试其功能的地址进行两 次写反操作，在每次写入之后进行回读；(4)对看门狗和核心处理器的自诊断，看门狗和核心处理器各自有独立的时钟，当电源 上电完成后，看门狗定时器立即启动，核心处理器的喂狗程序开始在看门狗定时器的有效 时间内喂狗，一旦喂狗时间溢出，看门狗将输出一个持续的复位信号，终止核心处理器的程 序，在程序运行状态正常的情况下，自诊断处理器通过访问看门狗的计数寄存器对看门狗 状态进行周期监视，在每个程序运行周期，核心处理器读取看门狗计时器的计数值，并与上 周期读取值进行比较以确定看门狗运行状态，当核心处理器检测到看门狗时钟失效时，核 心处理器停止喂狗并终止程序，当看门狗时钟故障或者自诊断处理器故障时，模块输出故 障信号给监视模块；(5)手动复位电路检测，手动复位也通过信号处理之后传输给监视模块，监视模块仅把 手动复位作为一个报警处理。
9.根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的处理器装置，其特征在于当系统电 源输入后，经DC/DC转换后得到自诊断功能的处理器装置所需的三种电压，对于这三种电 源电压的监视，模块采用专用的电源监视IC，当电源上电完成之后，电源监视IC输出上电 复位信号，处理器装置采用指示灯LED进行显示，当三种电源供给都存在的情况下，指示灯 LED亮，否则指示灯LED灭，显示故障，当电源电压出现过压或低压的时候，电源监视IC就会 输出复位信号，自诊断功能的处理器装置监视板载电源电压的故障，自诊断功能的处理器 装置把复位信号经过处理后输出给监视模块，同时监视模块开始计时，当超过特定的时间， 自监视认为处理器装置故障产生。
10.采用权利要求1-9任何一项所述的一种具有自诊断功能的处理器装置进行自诊断 的方法，其特征在于，所述的自诊断功能的处理器装置进行自诊断的过程为首先通过钥匙 开关对该处理器的工作模式进行选择，工作模式信息送入到CPLD进行逻辑处理后通过显 示模块进行显示，同时CPLD完成对系统中站号信号和槽号信息的识别和处理，处理后的信 息送入到嵌入式处理器进行相关诊断程序的执行，达到对系统中各模块的自诊断能力。
全文摘要
本发明公开了一种具有自诊断功能的处理器装置，该装置在电路结构上包括显示模块、检测模块、电源监控模块、钥匙开关模块、插入监控模块和槽号校验模块，本发明的自诊断功能的处理器装置与现有处理器装置相比具有功耗低、无风扇、运行状态实时显示、独特的总线的通讯方式、采用双口RAM作为总线的隔离手段、对器件的自诊断内容多、自诊断的覆盖面广等特点。该装置可应用于核电站等大型工程领域，能够保证系统的高安全性和稳定性。
文档编号G06F11/00GK102087621SQ20091024133
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年12月4日
发明者周飞, 张睿琼 申请人:中国广东核电集团有限公司, 北京广利核系统工程有限公司