标题 | 一种机电系统双余度通道切换逻辑 |
范文 | 车炯晖 刘夏青 吴斌 摘要:在航空电子系统中,机电系统是飞机的重要组成部分之一,本文通过提出一种双余度通道切换逻辑,实时工作中按照该策略设定当前计算机通道健康分数,根据健康分数进行主备系统切换工作,有效提升了机电系统的数据资源共享能力和容错重构能力。 关键词:机电系统;健康分数;主备系统 中图分类号: TP391? ? ? ? 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2021)08-0193-02 Abstract: Utility system is one of most important part of aircraft in avionics system.this paper proposes a dual redundancy channel switching logic. According to the strategy, the current computer channel health score is set in real-time work, and the active and standby systems are switched according to the health score, which effectively improves the data resource sharing ability and fault-tolerant reconstruction of the utility system ability. Key words: utility system;health score;active and standby system 航空机电系统领域内,为提高系统的可靠性及容错能力,通常采用双余度技术满足使用要求。双余度设计主要基于“双功能通道+BIT电路+切换逻辑”的方式。本文主要介绍一种双余度计算机的工作通道切换逻辑,该策略通过独立于CPU的切换策略来对产品功能通道进行打分,CPU通过通道的分值来确定主备通道的切换。同时,当CPU程序跑飞时,通过看门狗叫信号,可以实现整机的主备切换。 1 通道切换管理策略 通道故障切换主要由两个部分组成,打分机制和得权机制。其中,打分机制针对通道的故障情况进行打分。由于机电管理计算机对于重要的控制通道都是双余度设计。因此,对于同一个被控对象有两路输出和BIT电路。而打分机制对于无故障情况打健康分满分10分,对BIT电路故障,但不影响控制通道输出的打健康分7分,对于控制通道故障的打健康分2分,对于控制通道和BIT通道均故障的打健康分0分。对于机上重要控制信号按照上述方法建立打分表。同时,处理器故障采用一票否决制,健康分总分直接清0。 得权机制可以分为抢权机制和放权机制两种。对于抢权机制来说,可能会存在由于信道故障引发的双通道同时抢夺控制权的可能,因此不建议使用。本文采用放权机制,当工作通道认为自己通道打分低于备份通道时,主动将控制权交给备份通道。 2 通道切换逻辑及其互锁的实现 如图1所示,左边表示A机某重要控制信号通路的通道切换逻辑,右边表示B机某重要控制信号的通道切换逻辑。其中,自锁信号为0时表示本通道锁定,不予使用。BIT位根据对本通道的打分选择写1还是写0。控制位用于在CPU故障时,整机切换时使用,且一旦发生了CPU故障且发生了切换,A通道将在本次飞行任务中永久禁止使用。 2.1 通道切换逻辑的上电工作序列 通道切换逻辑上电执行的步骤如下: 1)上电开始,控制位和BIT位被初始化成0,这时双机该通道都为锁定状态。 2) 程序初始化时读取机位号,向A机控制位写1,A机BIT位写1;向B机控制位写0,BIT位写1。这时A机该通道自锁信号为1(A机该通道使能),B机为0(B机该通道被锁定)。 3)向A机该通道控制位写1, BIT位写1;向B机该通道控制位写1,BIT位写1(使能切换)。 2.2 通道切换逻辑在通道发生故障时的切换策略 假设A机该通道发生了故障,通过双机信道获得B机该通道的打分情况来做出判断: 1) 如果B机为满分10分且A机为7分,则向上位机报告A机故障情况,A机继续工作,同时B机准备输出该通道控制指令,保证在接收到通道切换指令时可以做到无缝切换。 2) 当A通道得分为2分或者0分时,则通知上位机,同时告知B通道输出控制指令,然后向A通道BIT位写0,则B通道则可以无缝切换得到控制权。 3)另外,当A通道得分为2分时,A通道控制通路已经失效,仅留存BIT电路正常,A机周期性的通过信道将BIT信息发给B机,作为B机该通道的备份BIT。 2.3 通道切换逻辑在整机发生异常时的切换策略 当上电时A通道故障或者由于供电异常导致A通道机电管理计算机没有上电时,由于互锁信号进行了下拉,B通道将自动被使能。同时,B机上报上位机A机不存在或者存在异常。 假设当A通道在运行时CPU跑飞,则看门狗叫信号会自动将所有通道的控制位写0,则此时A机整机被禁止,B机开始接管所有控制命令。同时,B机将上报上位机A机发生了异常。 2.4 通道切换逻辑在双机信道异常时的处理策略 当A机和B机之间的信道存在异常时,每个机电管理计算机都无法获得他机的通道打分情况,则向上位机报告双机信道故障,并通过上位机获得他机的通道打分情况。然后根据上位机下发的打分情况选择使能或者禁止对应通道。 2.5 单机与上位机信道异常时的处理策略 假设当A机与上位机通信中断,上位机将向B机发送与A机通信故障。此时B机将通过与A机互通的信道获得A机准备上发的数据并代为转发给上位机。同时上位机会将准备下发给A机的信息发给B机,由B机转发给A机。A机和B机仍能根据打分情况使能和禁止对应通道。 3 结束语 本文通过与上位机的通信信道、交叉传输信道和通道切换逻辑,实现了一种具有数據资源共享和容错重构的双余度机电系统。在产品部分功能或通信信道功能丧失时,可以有效地进行系统的架构重组,保证了重要控制信号的可靠性和安全性,对机电系统的发展具有重要的意义。 参考文献: [1] 王梅,姬进.双余度信号容错处理与故障注入方法[J].电子科技,2013,26(6):40-41,63. [2] 孙波,石鑫.非相似余度计算机的研究[J].装备制造技术,2015(4):257-259. [3] 程俊强,杨菊平.多余度飞控计算机通道故障逻辑技术研究[J].现代电子技术,2014,37(10):43-46. [4] 常博博,赵刚.一种双余度计算机通道切换策略[J].信息通信,2017,30(5):66-67. [5] 章鹤,张桢.机载供电系统处理机余度管理技术研究[J].信息通信,2017,30(9):42-44. [6] 周雨田,初源良,王杰.双机双控容错系统的设计和实现[J].东北电力技术,2001,22(9):35-38. [7] Department of Defense. MIL-STD-1760E:Aircraft/store electrical interconnection system[S].U.S.:department of Defense, 2007. 【通联编辑:唐一东】 |
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