基于CPCI总线冗余控制计算机的设计与实现

程春 等

摘要：随着人们对于计算机系统控制的可靠性要求逐渐提高，在本文中，介绍了一种基于CPCI总线控制计算机的冗余设计方式，并对其实现原理以及应用方式进行一定的分析与探讨。

关键词：CPCI总线 冗余控制 实现

1 概述

作为系统的核心部件，控制计算机有着进行控制、数据处理等作用。而对于其重要性而言，高度的可靠性是其在正常运作中必不可少的一部分。冗余技术其功能就是在系统中设计多套相同给定任务的技术，当主系统出现故障时，其冗余部分的设备就会在第一时间介入，并将工作进行承担，从而对系统发生故障的时间尽到最大程度的降低，并将系统的故障率进行降低。从这里我们就可以了解到對一个稳定性要求极高的控制计算机来说，对其采用冗余方式的设计是非常重要的。

2 系统原理

对于冗余控制系统来说，其是由两套相对独立的计算机组合而成。在两个计算机中，分别有一套独立的I/O信号，其在控制电路对信号进行切换选择之后对外提供的一套I/O接口，同时处于工作中的I/O信号对外界进行接通并连接。在这两套计算机设备中，其无论是硬件还是软件的配置都是完全一样的，并在普通计算机的基础上多了扩展板设备。扩展板工作在Compact PCI总线中，并可以依据系统所需要的功能来配置相应的接口。在系统中，设置了4个扩展板槽位，如果工作需要的槽位很多，就可以使用CPCI总线进行扩展。工作系统示意图如图1 所示：

在冗余控制系统中的计算机加电开关也是相对独立的，这就使我们可以通过对开关的控制来对需要工作的计算机进行选择，同时，切换电路也可以对相应计算机的接口进行自动的识别。而当其中的一套计算机处于工作状态中时，另一台计算机就处于冷备份的状态。

3 双电源互锁设计

在系统中，分别设置了两种额度的DC电源输出。以+5V电源为例，在其每块电源中都有着使能端、输出端与互锁控制信号输出端。其中，使能端能够对电源的DC-DC转换的工作信号进行控制，其中的一块电源互锁信号也同另一块电源的使能端进行连接。当外部的电源同系统接通，且使能端在高电平状态时，电源就会正常进行工作，并输出+5V的电源，且互锁系统的信号为低电平。而当使能端为低电平时，电源的工作就会被停止，并终止+5V电源的输出，且互锁系统的信号为高电平。从而以这种方式实现了电源的互锁控制。

4 切换控制

切换控制的作用就是对两部分I/O信号进行切换，并根据系统要求选择适当的计算机信号进行输出，无论是哪一电源在工作，切换控制的电路都在工作状态中。

在系统中，切换控制的原理为两块电源的不同电压信号经过继电器选择器进行输出，同时，只要有一个电源在工作状态，继电器选择器就可以提供出两种高电压的信号，从而使切换电路能够根据实际情况对这两种电路进行切换。

而对于切换电路的切换器件选择来说，由于显示信号（VGA）使用的切换设备为MAX4885，其对于一般的信号（USB等）则采用了MAX4761。同时，对于因特网信号来说，使用开关对其选择就不太适当了，这就需要有针对性的对其选择四通道的交换电路使其对因特网信号进行选择。当全部的因特网信号进入交换电路之后，就可以将所有的因特网接口以交换电路的方式对数据进行交换，并以这种方式对系统的要求进行满足。

5 数据共享

在本系统中，使用了IDE接口的存储器，同时基于上述描述的冷备份系统特点，这两套计算机不会同时进行工作，那么就会使两台计算机之间不会直接进行信息的沟通，从而不会对相互的数据信息进行共享。但是，数据共享在实际的工作应用过程中不可避免的会被使用到，这就需要我们对其采取一定方式对其共享进行实现。

在系统设计中，对IDE信号也使用了切换的方式，从而保证使其中任意一套计算机在工作期间都可以对有着主次关系的两个不同存储器进行访问。在这两个存储器之中，也具有不同的操作系统与设备软件，所以我们就可以根据自身的意愿从其中一个存储器对系统进行引导启动，从而在启动之后使另一个存储器也会被访问到。通过这样的方式，我们就很好的实现了系统中不同计算机的数据共享，从而更加便捷的获取不同计算机中的数据信息。

6 结束语

总的来说，对于计算机控制系统来说，冗余技术能够有效的对系统的可靠程度进行提高，是一项非常重要的技术。通过我们将这种技术应用到控制计算机系统中，虽然使系统的设计难度与复杂程度得到了增大，但是对于系统的稳定性却进行有效的提高，同时还能够对系统故障发生的时间进行有效的缩短，从而较好地达成了预期的目标。

参考文献：

[1]闫永胜，叶青林，万毅.基于CPCI总线的测井数据采集板卡的设计[J].电子技术应用，2010（06）：104-106.

[2]黄卧龙.基于CPCI总线的工业实时监控系统的开发[J].石河子科技，2010（02）：12-13.

[3]李铁男，郭立红，李岩.基于CPCI总线的伺服控制卡的设计和实现[J].微计算机信息，2009（07）：22-24.

作者简介：程春（1985-），女，河南郑州人，助教，研究方向：计算机应用；马妮娜（1982-），女，河南信阳人，助教，研究方向：计算机软件。