专利名称：基于fpga具有状态监控的多余度同步ip核的制作方法
技术领域：
本发明是一种基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核，属于航空电子技术领域，它是一种基于FPGA实现的具有状态监控功能的多余度硬件同步电路。
背景技术：
在工程技术领域，为了提高系统的可靠性和安全性，余度技术是一种经常采用的手段。在一个应用系统中，采用多余度并行工作，并运用余度管理，在某个余度出现故障时，可以剔除故障余度，由其余正常工作的余度继续进行任务运行，从而提高了整个系统的可靠性。系统中多余度并行工作，首先要解决的是各余度同步问题，用以保证每个余度在同一时刻开始进行任务处理，防止出现瞬间不稳定的问题。同步技术通常采用软件技术实现，即由每个余度上的同步处理软件程序实现多余度同步。但是，这种软件同步方式上电启动进入工作状态慢，通道异步度只能控制在us (微秒)级别，响应速度慢，同步时间长。随着电子技术发展，FPGA(现场可编程逻辑阵列)的出现，使得电子设计发生重大变革。FPGA作为专业集成电路(ASIC)领域的一种半定制电路，它的出现解决了定制电路的不足，运用相应电子CAD软件，设计灵活方便的FPGA，可以替代几十甚至几千块通用IC芯片，提高系统集成度、具有高可靠性。而且用VHDL语言和Verilog HDL语言进行FPGA设计的代码，有很强的通用性，这些代码在众多厂商提供的各类型号FPGA中可以通用，因而，开发具有完整功能可通用的代码就形成了独立自主知识产权产品。
发明内容
发明目的本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核，该IP核实现了由硬件进行同步控制完成各余度间的同步功能，并发出同步触发工作信号；同时对每个余度进行状态监控，实时判别故障余度；最终成功的将通道异步度控制在ns (毫微秒)级别。技术方案基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核，该IP核包括时钟模块、通道识别模块、同步信号分配模块、信号同步模块；时钟模块与通道识别模块、同步信号分配模块、信号同步模块连接，其功能为整个IP核提供工作时钟和复位信号；通道识别模块与时钟模块、同步信号分配模块、信号同步模块连接，其功能是识别(PU板所在的通道，给出通道编号；同步信号分配模块与时钟模块、通道识别模块、信号同步模块连接，其功能是根据通道编号，将输入输出的同步信号进行内部配置，与信号同步模块接口。信号同步模块与时钟模块、通道识别模块、同步信号分配模块连接，其功能是根据通道编号和输入输出的同步信号，进行余度同步和状态监控。有益效果本发明实现了由硬件进行同步控制完成各余度间的同步功能，并发出同步工作脉冲信号；同时对每个余度进行状态监控，实时判别故障余度；最终，成功的将通道异步度控制在ns (毫微秒)级别。该IP核包括时钟模块、通道识别模块、同步信号分配模块、信号同步模块。该IP核嵌入至每个余度的CPU板中，通过主板总线连接，自动判别本余度CPU板所在的通道，同时给出CPU板的通道编号，并根据通道编号进行内部电路配置，完成各余度(PU板的同步判别，发出同步触发工作信号和状态监控信号。
图1是基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核原理框2是基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核母板连接电路3是基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核电路模块电路4是信号同步模块状态机循环图
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述。基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核，该IP核嵌入至每个余度的CPU板中，通过主板总线连接，自动判别本余度CPU板所在的通道，同时给出CPU板的通道编号，并据通道编号进行内部电路配置，完成各余度CPU板的同步判别，发出同步触发工作信号和状态监控信号。参见附图1，该种基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核，是一种结构一致的通用IP核，该IP核嵌入至每个余度的CPU板中，通过主板总线连接，完成多余同步的功能。每个余度CPU板与主板总线的连接方式(参加附图2):CPU_1板连接的信号线有cpul_sel、Tl、R2、R3、R4 Rn, CPU_2 板连接的信号线有 cpu2_sel、RU T2、R3、R4 Rn,CPU_3板连接的信号线有cpu3_sel、RU R2、T3、R4 Rn，CPU_N板连接的信号线有cpun_sel、RU R2、R3、R4 Tn ;即本余度的CPU板编号为X，则本余度CPU板连接与本余度编号一致的cpuX_Sel通道输入信号，连接与本余度编号一致的同步输出Tx信号，连接不包括本余度编号Rl Rn (Rx除外)的同步输入信号。基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核(参加附图3)，其特征在于:该IP核包括时钟模块1、通道识别模块2、同步信号分配模块3、信号同步模块4 ；时钟模块I与通道识别模块2、同步信号分配模块3、信号同步模块4连接，其功能为整个IP核提供工作时钟和复位信号。时钟模块I接收输入IP核的时钟信号clock_in和复位信号reset，通过时钟模块I内部的数字锁相环电路和分频倍频电路，给整个IP核提供所需的工作时钟和电路复位clock_reset_signal信号输出；通道识别模块2与时钟模块1、同步信号分配模块3、信号同步模块4连接，其功能是识别CPU板所在的通道，给出通道编号。通道识别模块2接收来自主板总线的通道输入信号cpUX_Sel (参见附图2)，该通道输入信号cpUX_Sel是接入主板总线时的通道识别信号，通道识别模块2通过对道输入信号cpuX_Sel的判别，识别当前CPU板接入通道的编号，并形成通道编码CpU_COde信号传递给同步信号分配模块3和信号同步模块4 ；同步信号分配模块3与时钟模块1、通道识别模块2、信号同步模块4连接，其功能是根据通道编号，将输入输出的同步信号进行内部配置，与信号同步模块接口。同步信号分配模块3根据通道编码CpU_COde信号，将主板总线与其连接的输入同步信号Tl Tn和输出同步信号Rl Rn进行内部配置，将非本通道的输入同步信号配置给信号同步模块4输出syn_signal_input同步信号，本通道的同步信号syn_signal_output配置给与本通道编号一致的输出同步信号输出。信号同步模块4与时钟模块1、通道识别模块2、同步信号分配模块3连接，其功能是根据通道编号和输入输出的同步信号，进行余度同步和状态监控。信号同步模块4包括以下 5 个状态机，参见附图 4:1dle、Syn_begin、Syn_state、Syn_gen、Syn_over。各状态机完成功能如下:Idle 一在此状态下,根据通道编码cpu_code信号，检测输入的syn_signal_input同步信号，如果有任何一个同步触发信号有效，就进入Syn_begin状态，否则在Idle状态等待。Syn_begin —在此状态下，判别输入的syn_signal_input同步信号是否全部有效，如果输入的同步信号全部有效，贝1J进入Syn_gen状态，否则进入Syn_state状态。Syn_state 一在此状态下，延迟等待几个时钟周期后，如果仍有同步信号保持无效，则给出无效同步信号所对应CPU板编号的状态字，输出Syn_fail_0Ut状态监控信号，再进入Syn_gen状态。Syn_gen 一在此状态下,按照输入的syn_config脉宽配置信号,产生相应脉宽的同步脉冲syn_signal_output输出信号和同步触发syn_out输出信号；同步触发syn_out信号即可作为CPU板的同步触发工作信号，在同步触发信号的触发下，各个CPU板在同一时刻开始任务处理，从而保证了每个CPU板的同步性；同步触发信号产生完成后，进入Syn_over状态。Syn_0Ver—在此状态下，将内部使用的计数器清零，保持一定的延迟时间(延迟时间的长短根据每个CPU板的工作帧周期来确定)，返回到Idle状态，等待下一个工作帧周期的触发。基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核，采用VHDL语言进行FPGA代码设计仿真，最后应用电子综合软件和布局布线软件，生成硬件下载文件，载入FPGA器件实现。该IP核具有很强的通用性，在众多厂商提供的各类型号FPGA中可以通用。附图4给出状态机转换图，即可用VHDL语言描述实现，经过电子综合和布局布线后，用FPGA实现。
权利要求
1.基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核，其特征在于:该IP核包括时钟模块(I)、通道识别模块(2 )、同步信号分配模块(3 )、信号同步模块(4 ); 时钟模块(I)与通道识别模块(2)、同步信号分配模块(3)、信号同步模块(4)连接，其功能为整个IP核提供工作时钟和复位信号； 通道识别模块(2)与时钟模块(I)、同步信号分配模块(3)、信号同步模块(4)连接，其功能是识别CPU板所在的通道，给出通道编号； 同步信号分配模块(3 )与时钟模块(I)、通道识别模块(2 )、信号同步模块(4 )连接，其功能是根据通道编号，将输入输出的同步信号进行内部配置，与信号同步模块接口。
信号同步模块(4)与时钟模块(I)、通道识别模块(2)、同步信号分配模块(3)连接，其功能是根据通道编号和输入输出的同步信号，进行余度同步和状态监控。
全文摘要
本发明是一种基于FPGA具有状态监控的多余度同步IP核，属于航空电子技术领域，它是一种基于FPGA实现的具有状态监控功能的多余度硬件同步电路。该IP核实现了由硬件进行同步控制完成各余度间的同步功能，并发出同步工作脉冲信号；同时对每个余度进行状态监控，实时判别故障余度；最终，成功的将通道异步度控制在ns(毫微秒)级别。该IP核包括时钟模块、通道识别模块、同步信号分配模块、信号同步模块。该IP核嵌入至每个余度的CPU板中，通过主板总线连接，自动判别本余度CPU板所在的通道，同时给出CPU板的通道编号，并根据通道编号进行内部电路配置，完成各余度CPU板的同步判别，发出同步触发工作信号和状态监控信号。
文档编号G06F15/163GK103198047SQ20131010688
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者雷宇, 李永光, 刘波, 周磊, 欧阳清, 侯朝建 申请人:成都飞机设计研究所