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一种基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201611261802.3

申请日:

2016.12.30

公开号:

CN106776463A

公开日:

2017.05.31

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 著录事项变更IPC(主分类):G06F 15/76变更事项:发明人变更前:刘升 王一凡 刘惠玲变更后:刘升 王一凡 刘慧玲|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 15/76申请日:20161230|||公开
IPC分类号: G06F15/76 主分类号: G06F15/76
申请人: 西安奇维科技有限公司
发明人: 刘升; 王一凡; 刘惠玲
地址: 710077 陕西省西安市高新区锦业路69号创业研发园C区8号
优先权:
专利代理机构: 西安亿诺专利代理有限公司 61220 代理人: 康凯
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611261802.3

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2018.07.10|||2017.06.23|||2017.05.31

法律状态类型:

著录事项变更|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团一种基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法,包括:1】系统的每一路输入、输出电路及CPU电路均分别与同一FPGA相连;2】FPGA可对每一路输入、输出电路分别进行调配切换;3】主从CPU均可读取或控制每一输入、输出电路;4】当某一路输入、输出电路及CPU电路出现故障时仅切换该路器件。本发明能对各种资源进行细粒度的管理,实现更加灵活的组合,从而尽可能避免系统失控。该方法器件使用量小,可实现多个不同类故障点的冗余切换。

权利要求书

1.一种基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法,其特征在于,该方法包括:
1】系统的每一路输入、输出电路及CPU电路 均分别与同一FPGA相连;
2】FPGA可对每一路输入、输出电路分别进行调配切换;
3】主从CPU均可读取或控制每一输入、输出电路;
4】当某一路输入、输出电路及CPU电路出现故障时仅切换该路器件。
2.根据权利要求1所述基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法,其特征在于,该
方法具体描述为:
1】外部输入器件单独与FPGA连接,FPGA将每一路流式数据读取并存入FPGA内部两个独
立的FIFO,两个FIFO的输出端分别通过FPGA与主、从CPU的总线连;每一路输入开关量通过
两个独立的buffer与两个CPU的总线连接,使两个CPU可以独立读取每一路输入通道的数
据;
2】每个输出器件的所有控制线单独与FPGA连接,并在FPGA内部实现输出控制器对其进
行控制;
数据的控制和流向:每一个输出控制器的输入端通过FPGA内部的多路开关分别与两个
CPU的总线连,通过切换可接收每个CPU的指令,同时输出控制器接收到的数据可被从CPU读
出;
3】为每个输出器件设计自检电路,用以测试输出器件是否正常;
4】系统初始态时主控制电路得到控制权,主CPU从主输入电路读取输入数据并进行计
算,再将计算所得的控制写入FPGA中相应的输出控制器对输出器件进行控制;
主CPU同时比对每一路主、从输入电路的输入结果,当某一路主输入异常时便不再采用
该路数据而采用从输入电路中对应的通道数据;主CPU查询每一输出器件自检电路结果,判
断是否为预期结果,如果不是则控制切换电路将该路输出切换为相应的从输出电路;
5】从CPU同步进行上一步4】中主CPU进行的读取和计算工作,并监控其输出数据及切换
控制动作;当从CPU发现主CPU动作异常则切换控制权。
3.根据权利要求2所述基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法,其特征在于:所
述流式数据包括AD以及串行输入接口数据。

说明书

一种基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法,通过对系统中输
入、输出及CPU资源进行细粒度的管理和组合,实现灵活冗余替换,从而显著增加系统的任
务可靠性。

背景技术

双余度计算机控制系统广泛应用于飞控等有较高可靠性要求的领域。其原理是系
统中存在两套控制电路,当其主控制电路出现故障时将控制权切换到冗余控制电路,主控
制电路的所有资源都不再使用。当两套控制电路都出现故障时系统将处于失控状态。但实
际情况是两套控制电路的故障点往往不相同,例如第一套控制电路的输入通道1故障,而第
二套控制电路则可能是输入通道9故障或CPU故障等。如果能够灵活组合资源,则仍然使系
统正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种通过FPGA灵活管理双余度计算机系统中各种资源
的方法,对各种资源进行细粒度的管理,实现更加灵活的组合,从而尽可能避免系统失控。
该方法器件使用量小,可实现多个不同类故障点的冗余切换。

本发明的技术解决方案是:

一种基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法,其特殊之处在于,该方法包括:

1】系统的每一路输入、输出电路及CPU电路 均分别与同一FPGA相连;

2】FPGA可对每一路输入、输出电路分别进行调配切换;

3】主从CPU均可读取或控制每一输入、输出电路;

4】当某一路输入、输出电路及CPU电路出现故障时仅切换该路器件。

上述基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法,其特征在于,该方法具体描
述为:

1】外部输入器件单独与FPGA连接,FPGA将每一路流式数据读取并存入FPGA内部两个
独立的FIFO,两个FIFO的输出端分别通过FPGA与主、从CPU的总线连;每一路输入开关量通
过两个独立的buffer与两个CPU的总线连接,使两个CPU可以独立读取每一路输入通道的数
据;

2】每个输出器件的所有控制线单独与FPGA连接,并在FPGA内部实现输出控制器对其进
行控制;

数据的控制和流向:每一个输出控制器的输入端通过FPGA内部的多路开关分别与两个
CPU的总线连,通过切换可接收每个CPU的指令,同时输出控制器接收到的数据可被从CPU读
出;

3】为每个输出器件设计自检电路,用以测试输出器件是否正常;

4】系统初始态时主控制电路得到控制权,主CPU从主输入电路读取输入数据并进行计
算,再将计算所得的控制写入FPGA中相应的输出控制器对输出器件进行控制;

主CPU同时比对每一路主、从输入电路的输入结果,当某一路主输入异常时便不再采用
该路数据而采用从输入电路中对应的通道数据;主CPU查询每一输出器件自检电路结果,判
断是否为预期结果,如果不是则控制切换电路将该路输出切换为相应的从输出电路;

5】从CPU同步进行上一步4】中主CPU进行的读取和计算工作,并监控其输出数据及切换
控制动作;当从CPU发现主CPU动作异常则切换控制权。

上述流式数据包括AD以及串行输入接口数据。

本发明的优点在于:

1、对系统中各电路模块用同一FPGA进行灵活管理;

2、系统结构简洁,器件数量少;

3、出现故障时仅将最小范围的故障相关器件切换,而非将该组所有器件切换;

4、能够对应主从电路同时出现多个异类故障;

5、较大程度提高系统的任务可靠性。

附图说明

图1为本发明原理框图。

具体实施方式

参见图1,一种基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法,该方法包括:

1】系统上电初始,主CPU获得所有输出器件的控制权,FPGA中的切换开关将FPGA中所有
输出控制器的输入端切换到主CPU的总线,切换开关阵列将系统输出切换到主输出电路;

2】系统每一路输入均接入主、从两路输入器件,每一路输入器件的输出结果独立输入
同一FPGA中;

3】FPGA将每一路流式输入器件产生的数据分别存入2个内部FIFO中。主、从CPU通过总
线分别在2个FIFO的输出端夺取流式数据,从2个不同的Buffer中读取开关量数据;

4】主、从CPU分别比对每一路输入量的主、从两路输入器件的结果,若均正确则采用主
输入器件的结果,若主输入器件的结果故障则采用从输入器件的结果;

5】主、从CPU分别根据输入量计算需输出的结果;

6】主CPU计算的需输出结果经FPGA中连接输出控制器的多路开关写入FPGA中的输出控
制器,然后从检查控制及读取模块中的数据判断该路输出工作是否正常,若不正常则操作
切换开关阵列将系统该路输出切换至从输出电路的对应通道。从CPU读取并验证输出控制
器中数据及主CPU的切换动作,若不正确则切换FPGA中的多路开关到从CPU总线,即将控制
权切换到从CPU。

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一种 基于 FPGA 双余度 计算机 控制系统 设计 方法
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