一种多板卡自构型及任务自分布系统及方法与流程

本发明涉及计算机系统领域，具体的说是涉及一种多板卡自构型及任务自分布系统及方法。

背景技术：

随着计算机技术的发展以及用户需求的多样化，出现了支持板卡热插拔及功能可扩展的多板卡系统。该系统一般将带有插槽的底板固定在机箱上，用户可以根据自己的功能需求将不同的功能板卡插入机箱内的底板插槽上。由于系统支持热插拔，因此可以在不重新启动系统的情况下对系统功能进行扩展，这种多板卡系统在嵌入式领域有着非常广泛的应用场景。但是，目前这种多板卡系统有以下几点不足：

1)、多板卡系统中的板卡在出厂后产品功能基本上就已经固定了，因此板卡在插入底板插槽，上电启动后只能执行特定的任务，很难进行功能扩展。

2)、当系统中的部分板卡出现问题后，会导致系统功能缺失甚至整个系统不能够正常工作，特别是多板卡共同协作完成某项任务的系统，一旦其中一块板卡出现故障，会影响到其他板卡的正常运作。

3)、在板卡出现故障时，虽然可以通过将故障板卡替换为正常板卡恢复系统的正常运行，但增加了用户的手动操作步骤，特别在某些恶劣的场景下，用户不具备自行替换板卡的条件，需要工程师进行现场维护，不仅导致维护成本的增加，而且系统也不能够及时的恢复为正常运行状态，从而影响生产效率。

4)、在维修过程中，需要维护人员手动进行板卡更换，增加了操作步骤，易增加出错率。

5)、板卡内的应用软件一般在出厂时已经固化，软件更新难度大。

6)、仅支持已知板卡，对未知的新型功能板卡不支持。

技术实现要素：

为了克服上述多板卡系统工作方式的不足，本发明提供了一种适用于嵌入式领域中的多板卡自构型以及任务自分布的系统及方法，不仅能够提供硬件扩展，而且具有更高的系统容错率，适应更复杂的应用场景，更有效且灵活的利用系统资源。

一种多板卡自构型及任务自分布系统，包括板卡、系统管理软件和底板，所述板卡通过机箱的所述底板插槽进行连接，且所述底板上设有交换板用于所述各板卡之间网络通信，通过对所述底板的槽位进行编号，为所述板卡分配板卡id，用户根据所述板卡id、所述板卡所在的槽位号以及所述底板上运行的板卡数量将系统组合为多种系统构型并为每种构型分配构型id。

较佳的，所述板卡分为控制板和功能板。

较佳的，所述控制板的作用包括以下几个方面：

1)、运行所述系统管理软件，接受所述功能板的注册并对所述功能板进行管理。

2)、记录并保存系统及应用软件产生的运行数据。

3)、与pc端的管理工具进行交互，pc端能够获取所述控制板系统运行数据并进行分析，所述控制板能够从pc端获取用户使用管理工具生成的所述构型配置文件和用于所述板卡进行系统更新的映像文件。

较佳的，所述功能板的作用包括以下几个方面：

1)、从所述控制板获取所述映像配置文件并根据所述配置文件从所述控制板获取需要进行更新的映像文件。

2)、根据所述映像配置文件分别执行相应的任务，如显示，数据采集等。

较佳的，如果出现板卡故障，所述系统能够根据系统当前正常工作的板卡id和板卡所在的槽位号重新进行构型匹配，匹配完成后将能够自动切换到适合的系统构型。

本发明还公开了一种多板卡自构型及任务自分布方法，该方法包括如下步骤：

功能板向控制板发送注册请求；

所述控制板收到注册请求后回复控制板所在槽位号给所述功能板；

所述功能板收到控制板槽位号后发送功能板板卡信息到所述控制板并进行注册；

所述控制板收到功能板板卡信息后回复确认信号，并进行构型匹配；

所述功能板收到确认信号后，等待所述控制板发送映像更新命令；

所述控制板构型匹配完成后生成映像配置文件，然后通知所述功能板进行映像更新；

所述功能板获取所述控制板映像配置文件，并与本地映像配置文件进行比较。

较佳的，若所述控制板映像文件与所述本地映像配置文件不一致，则从所述控制板获取映像文件并更新所述本地映像配置文件，然后根据映像文件类型分别进行不同更新过程。

较佳的，若更新的是操作系统映像文件，则所述功能板需要进行重启，并在重启前通知控制板；若更新的是应用映像文件，则需要执行应用映像文件，执行完成后通知控制板已更新完成。

较佳的，所述控制板接收到功能板重启命令后，会将该功能板状态设置为重启状态并设置超时时间，若功能板重启超时，则控制板将该功能板状态置为不在板状态并将其板卡信息从注册表中清除。

较佳的，所述控制板收到功能板更新完成命令后，会将该功能板状态置为已注册状态，当所有功能板都已更新完成后，所述控制板将启动周期检测函数，周期检测已注册单板状态。

本发明的有益效果如下：

1、由于板卡执行的任务可以通过构型配置文件进行重分配，因此板卡上电后能够根据构型变化执行不同的任务。板卡运行的任务可配置，更为灵活。

2、系统运行过程中，板卡出现故障后控制板能够主动检测到功能板的故障信息，并根据系统中的板卡变化进行重新构型，构型过程中能够将故障板卡上的任务迁移到正常板卡上继续运行，从而保证整个系统的正常运行，提高了系统的容错性，适应更复杂的应用场景。

3、系统构型发生变化后，由于系统能够将故障板卡上的任务迁移到正常板卡上运行从而使系统恢复正常运行，所以不需要手动更换板卡使系统恢复正常，简化系统从故障恢复为正常过程的操作步骤。

4、由于功能板映像文件可在构型过程中自动更新，因此降低了映像文件升级的操作难度。

5、在需要替换及升级新板卡时，可针对新板卡重新生成系统构型配置文件，上传构型配置文件到控制板然后重启整个系统后，插入新板卡上电启动即可完成对新板卡的支持。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为本发明多板卡系统的连接方式示意图。

图2为本发明系统构型的数据结构及构型与板卡及文件信息的关系示意图。

图3为本发明功能板侧功能板注册和映像更新的流程示意图。

图4为本发明控制板侧构型和映像更新的软件流程示意图。

图5为本发明控制板侧异常构型和故障周期检测的软件处理流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明解决问题所采用的技术方案是：如图1所示，将板卡、系统管理软件、底板、总线网络等通过综合化技术综合到机箱内组成一个多板卡系统。所述板卡根据板卡功能分为电源板、显示板、存储板等，根据所述板卡上运行的管理软件功能又可以将板卡分为控制板与功能板。所述板卡通过机箱的所述底板插槽进行连接，且所述底板上设有交换板用于所述各板卡之间网络通信。所述板卡的数量与实际使用中实现的功能有关，在此不做限制。

通过对所述底板的槽位进行编号，为所述板卡分配板卡id，用户根据所述板卡id、所述板卡所在的槽位号以及所述底板上运行的板卡数量可以将系统组合为多种系统构型并为每种构型分配构型id。用户通过使用pc端的管理工具根据需求生成构型配置文件，该构型配置文件包含了板卡需要的映像文件信息，通过pc端管理工具可以将构型配置文件及映像文件上传到控制板。如图2所示为本实施例所述系统构型的数据结构及构型与板卡以及文件信息的关系，其中n、m、n1、n2数量均不小于1。所述每个构型中均包含若干所述板卡，所述每个板卡中均包含若干构型配置文件。

所述控制板的作用包括以下几个方面：

1)、运行所述系统管理软件，接受所述功能板的注册并对所述功能板进行管理。

2)、记录并保存系统及应用软件产生的运行数据。

3)、与pc端的管理工具进行交互，pc端能够获取所述控制板系统运行数据并进行分析，所述控制板能够从pc端获取用户使用管理工具生成的所述构型配置文件和用于所述板卡进行系统更新的映像文件。

所述功能板的作用包括以下几个方面：

1)、从所述控制板获取所述映像配置文件并根据所述配置文件从所述控制板获取需要进行更新的映像文件。

2)、根据所述映像配置文件分别执行相应的任务，如显示，数据采集等。

请参阅图3、图4、图5所示，本发明具体工作过程如下：

所述功能板插入所述插槽上电启动，注册映像更新处理函数，所述功能板向所述控制板发送注册请求，同时所述控制板也上电启动，并设置定时器处理函数和功能板注册处理函数。

所述控制板收到所述功能板的注册请求后回复所述控制板所在槽位号信息给所述功能板。

所述功能板收到所述控制板槽位号后将发送功能板板卡信息到所述控制板并进行注册。

所述控制板收到所述功能板板卡信息后会回复确认信号，并将接收到的功能板信息加到注册表中，若系统已经超时且系统更新标志已经设置，将会进行系统构型匹配。

所述功能板收到所述控制板发出的确认信号后，等待所述控制板发送映像更新命令。所述控制板构型匹配完成后将生成映像配置文件，然后通知所述功能板进行映像更新。

所述功能板接收到所述控制板发送的映像更新命令，并从所述控制板获取映像配置文件，将其与本地映像配置文件进行比较，如果所述控制板映像文件信息与本地映像文件信息不同，则从所述控制板获取映像文件并更新本地映像配置文件信息，然后根据映像文件类型分别进行不同更新过程。在更新过程中所述功能板会判断是否是操作系统映像文件，如果更新的是操作系统映像文件，所述功能板会拷贝操作系统到系统启动目录下，向控制板发送重启命令，并在本地生成重启标志文件并重启功能板，此外，所述功能板在重启前会通知所述控制板。如果更新的是应用映像文件，则需要根据本地映像配置文件信息执行应用映像文件，执行完成后向所述控制板发送映像更新完成命令，通知所述控制板已更新完成，然后等待接收控制板发送的新的映像更新命令。

所述控制板接收到所述功能板重启命令后，会将该功能板状态设置为重启状态并设置超时时间，若所述功能板重启超时，则所述控制板将该功能板状态置为不在板状态，即离板状态，并将其板卡信息从注册表和副本注册表中清除。若所述控制板收到所述功能板更新完成命令，会将该功能板状态设置为已注册状态，当所有功能板都已更新完成后，所述控制板将启动周期检测函数，周期检测已注册单板状态，此时系统即处于正常的运行状态。

在某些实施例中，所述功能板收到所述控制板槽位号后，若检测到本地存在重启标志文件，则向控制板获取是否存在重启超时，若存在重启超时，则向控制板发送功能板信息进行注册并接收控制板发出的确认信号，等待接收控制板发送的映像更新命令；若不存在重启超时，则所述功能板向所述控制板发送功能板重启成功命令，并等待接收控制板发送的映像更新命令。

在某些实施例中，在进行系统构型匹配过程中，若所述控制板匹配到正常构型且构型发生变化，则将修改当前构型指针并拷贝注册表到副本注册表，并设置系统更新标志，并通知构型线程；若没有匹配到正常构型，则进行构型异常处理，并设置构型异常标志。

所述构型线程接收到所述控制板发出的通知信号后，将根据构型进行映像处理文件的更新，并通知映像处理线程。

所述映像处理线程接收到所述构型线程发出的通知信号后，将根据副本注册表通知已在板的功能板进行映像更新，此时所述控制板将获取系统时间并设置本地更新标志，并获取功能板的状态，若功能板为已注册状态，则将进一步检测已注册单板心跳是否停止，若心跳停止，则将该功能板的信息从注册表和副本注册表中消除，若心跳没有停止，则进一步判断本地更新标志是否被清除，若本地更新标志已经被清除，则消除系统更新标志。然后所述控制板判断是否需要重新构型，若需要重新构型，则系统开始重新构型，若不需重新构型，则所述控制板设置系统定时周期时间，，并启动周期检测定时器。

若所述功能板为重启状态，则所述控制板将清除本地更新标志，并进一步判断重启功能板是否超时，若超时则将该功能板信息从注册表和副本注册表中消除，若没有超时则进一步判断本地更新标志是否被清除，若本地更新标志已经被清除，则消除系统更新标志。然后所述控制板判断是否需要重新构型，若需要重新构型，则系统开始重新构型，若不需重新构型，则所述控制板设置系统定时周期时间，，并启动检测定时器。在周期检测过程中，所述控制板设置本地在板状态，并检测已注册的功能板是否离板，若离板，则所述控制板将关闭定时并重新构型；若已注册的功能板未离板，则所述控制板将再次设置定时，达到定时时间后，则开启新一轮的周期检测，如此往复。

若所述功能板的状态为在板、重启成功等其他状态，则所述控制板在清除本地更新标志后执行和功能板为已注册状态的步骤相同，在此不再赘述。

在系统正常工作过程中，如果出现板卡故障，系统能够根据系统当前正常工作的板卡id和板卡所在的槽位号重新进行构型匹配，匹配完成后将能够自动切换到适合的系统构型，然后根据新的系统构型以及上述映像更新的步骤，完成将异常板卡上的任务迁移到正常板卡。

本发明的多板卡系统采用构型配置文件设计系统运行时各板卡运行的任务，支持在运行时发生功能板卡插入或拔出时自动切换系统构型，在运行时板卡发生故障能够自动切换系统构型，并在切换构型过程中可根据匹配的构型对故障板卡上的任务进行自动迁移，并支持对功能板卡信息进行识别，已注册的板卡不再重复注册。本发明的多板卡自构型及任务自分布方法，可以提供更灵活的硬件搭配，更方便的功能扩展，以及更高的系统容错性。即使其中若干块功能板异常，也能保证整个系统功能的正常运行。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。