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一种双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法

阅读：900发布：2024-02-08

专利汇可以提供一种双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法，所述系统包括主机、备机、电源控制模块、电源输入接口、电源输出接口、网络交换模块、串行接口模块、外部功能模块接口、远程通信接口以及人机交互接口。本发明提供的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法可以实现双机冷热备份自主切换，具有可靠性高、独立性强、接口共用等优点。，下面是一种双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在于，包括主机、备机、电源控制模块、电源输入接口和电源输出接口；
所述主机包括主处理器和主FPGA，所述主处理器用于进行主机的信息处理，所述主FPGA分别与所述主处理器、电源控制模块、备FPGA连接，所述主FPGA用于进行主机输入输出的信息转换、电源通断控制及电压电流检测、对主机和备机输出的串口信号和图像信号进行控制以及与备FPGA通信；
所述备机包括备处理器和备FPGA，所述备处理器用于进行备机的信息处理，所述备FPGA分别与所述备处理器、电源控制模块、主FPGA连接，所述备FPGA用于进行备机输入输出的信息转换、电源通断控制及电压电流检测、对主机和备机输出的串口信号和图像信号进行控制以及与主FPGA通信；
所述电源控制模块包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器以及电压电流检测电路，所述第一继电器控制备机供电，所述第二继电器与第三继电器并联后连接电源输出接口，所述第四继电器控制主机供电，所述第一继电器与第二继电器的通断由主FPGA控制，所述第三继电器与第四继电器的通断由备FPGA控制，所述电压电流检测电路检测主机供电、备机供电和外部供电的电压电流；
所述电源输入接口与外部电源连接；
所述电源输出接口与外部功能模块连接。
2.如权利要求1所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在于，进一步包括网络交换模块、串行接口模块、外部功能模块接口、远程通信接口以及人机交互接口；
所述网络交换模块包括网络交换机，所述网络交换模块与主处理器、备处理器、外部功能模块接口、远程通信接口通过数字信号线连接，实现网络信息交互；
所述串行接口模块连接所述主FPGA、备FPGA以及外部功能模块接口，将所述主FPGA或备FPGA发送的输出串口信号进行转换与隔离后送入所述外部功能模块接口，以及将所述外部功能模块接口接收到的输入串口信号经转换与隔离后送入所述主FPGA或备FPGA；
所述外部功能模块接口包括串行信号接口和以太网接口，所述串行信号接口连接所述串行接口模块，所述以太网接口连接所述网络交换模块；
所述远程通信接口为与外部通信网络互连的接插件，与所述网络交换模块连接，包括以太网接口；
所述人机交互接口接收主处理器和备处理器输出的人机交互信号，并将该人机交互信号送入对应的人机交互设备。
3.如权利要求2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在于，所述串行接口模块包括串口驱动芯片、第一总线驱动器、第二总线驱动器、第一隔离电阻、第二隔离电阻；所述主FPGA和备FPGA对同一串口输出的信号线分别连接至第一总线驱动器和第二总线驱动器，经由该第一总线驱动器或第二总线驱动器后共同连接到所述串口驱动芯片的输入端，经所述串口驱动芯片进行信号转换后输出到外部功能模块接口的串行信号接口；所述第一总线驱动器的使能端口和第二总线驱动器的使能端口由主FPGA和备FPGA共同控制，第一总线驱动器和第二总线驱动器不能同时处于使能状态；串口驱动芯片对由外部功能模块接口输入的串行信号进行信号转换，转换后的信号通过第一隔离电阻连接到主FPGA，通过第二隔离电阻连接到备FPGA。
4.如权利要求2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在于，所述人机交互设备包括按键与液晶显示屏，所述人机交互接口包括按键输入信号接口、图像信号输出接口、第三总线驱动器、第四总线驱动器、第三隔离电阻以及第四隔离电阻；所述主处理器和备处理器输出的图像信号线分别连接至第三总线驱动器和第四总线驱动器，经由该第三总线驱动器和第四总线驱动器后共同连接到图像信号输出接口，并进一步输出至液晶显示屏；所述第三总线驱动器和第四总线驱动器各自的使能端口由主FPGA和备FPGA共同控制，所述第三总线驱动器和第四总线驱动器不能同时处于使能状态；按键信号经按键输入信号接口后经第三隔离电阻连接到主FPGA，经第四隔离电阻连接到备FPGA。
5.如权利要求1或2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在于，所述电源控制模块进一步包括第一译码器、第二译码器、第三译码器及第四译码器；主FPGA输出的第一控制信号线连接至第一译码器的输入端，经第一译码器译码后输出控制信号控制第一继电器通断；主FPGA输出的第二控制信号线连接至第二译码器的输入端，经第二译码器译码后输出控制信号控制第二继电器通断；备FPGA输出的第三控制信号线连接至第三译码器的输入端，经第三译码器译码后输出控制信号控制第三继电器通断；备FPGA输出的第四控制信号线连接至第四译码器的输入端，经第四译码器译码后输出控制信号控制第四继电器通断。
6.如权利要求1或2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在于，所述电压电流检测电路包括测量电阻、电压放大器、第一AD采样芯片以及第二AD采样芯片；供电电压由所述第一AD采样芯片采样后传送至所述主FPGA或备FPGA，供电电流由所述测量电阻转换为电压，经所述电压放大器放大后传送至所述第二AD采样芯片并传送至所述主FPGA或备FPGA。
7.如权利要求1或2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在于，所述主处理器与备处理器通过各自的以太网口与外部功能模块和外部通信网络进行通信；通过各自的串口控制器与对应的FPGA通信，并依托该FPGA实现与外部功能模块通信、对电源的控制以及获取按键信息；通过各自的图像信号控制器输出图像信息控制液晶屏幕显示。
8.如权利要求1或2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，其特征在于，所述主FPGA与备FPGA通过串口和各自对应的处理器通信；通过数字信号线连接所述电源控制模块实现对电源的通断控制及电压电流检测。
9.一种双机冷热备份自主切换的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，提供一种如权利要求1或2所述的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统；
S2，对所述双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统进行供电，主机与备机同时工作，进入开机自检状态，主FPGA对主处理器进行心跳检测，备FPGA对备处理器进行心跳检测，获取主处理器与备处理器的工作状态；
S3，根据获取到的主处理器与备处理器的工作状态判断系统将采取的工作模式，若主机与备机均正常工作，则主FPGA控制电源控制模块断开备机电源，系统进入冷备份工作模式；若主机正常工作，备机有异常，则主FPGA控制电源控制模块断开备机电源，并内部标记备机故障，系统进入主机单余度工作状态；若备FPGA检出主机异常，则备FPGA控制电源控制模块断开主机电源，系统进入备机单余度工作状态。
10.如权利要求9所述的双机冷热备份自主切换的方法，其特征在于，进一步包括一种冷备份工作模式与热备份工作模式的切换方法：
S4，主处理器监控自身资源开销并通过电源控制模块获取功耗信息，若系统处于冷备份工作模式下且资源开销过大、功耗尚有余量，则执行步骤S5，若系统处于热备份工作模式且系统功耗超限，则执行步骤S6；
S5，主机控制继电器闭合为备机供电并通过互连信号线传递要求备机工作于热备份工作模式的信息，备机开机后检测互连信号线并工作于热备份工作模式，同时承担部分计算工作，返回步骤S4；
S6，主机控制继电器断开对备机断电，系统进入冷备份工作模式，返回步骤S4。

说明书全文

一种双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于航天电子系统中的控制与信息处理技术领域，特别涉及利用双机备份实现控制与信息处理的电子系统。

背景技术

[0002] 由于航天电子系统的高可靠性要求，为保障航天任务的顺利实施，通常会采取双机备份的方案。双机备份分为冷备份和热备份两种不同的形式，冷备份是指主机工作，备机不工作的冗余备份方式，热备份是指主机备机同时处于工作状态的冗余备份方式。采用冷备份的工作模式，其优点是当主机工作时，备机不工作，这样既能提高系统冗余度，又不会产生额外功耗，以节省能源开销，但目前采用冷备份的电子系统中通常需要第三方判决机构对系统工作状态进行判断并在主机出现故障时，切换至备机工作，系统本身并不具备主动切换工作状态的能力。采用热备份的电子系统中由于主备双机处于同时工作状态，当其中某一余度出现故障时，系统降级为单余度工作，仍能保证系统功能不受影响，但采用热备份的方式会增大系统功耗，对能源供给相对比较紧张的航天任务来讲，经济性欠佳。

发明内容

[0003] 有鉴于此，确有必要提供一种主备双机能够实现冷热备份方式自主切换的控制与信息处理系统及方法，可以在冷备份和热备份两种备份方式间自主转换。

[0004] 一种双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统，包括主机、备机、电源控制模块、电源输入接口和电源输出接口；所述主机包括主处理器和主FPGA，所述主处理器用于进行主机的信息处理，所述主FPGA与所述主处理器、电源控制模块、备FPGA连接，所述主FPGA用于进行主机输入输出的信息转换、电源通断控制及电压电流检测、对主机和备机输出的串口信号和图像信号进行控制以及与备FPGA通信；所述备机包括备处理器和备FPGA，所述备处理器用于进行备机的信息处理，所述备FPGA与所述备处理器、电源控制模块、主FPGA连接，所述备FPGA用于进行备机输入输出的信息转换、电源通断控制及电压电流检测、对主机和备机输出的串口信号和图像信号进行控制以及与主FPGA通信；所述电源控制模块包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器以及电压电流检测电路，所述第一继电器控制备机供电，所述第二继电器与第三继电器并联后连接电源输出接口，所述第四继电器控制主机供电，所述第一继电器与第二继电器的通断由主FPGA控制，所述第三继电器与第四继电器的通断由备FPGA控制，所述电压电流检测电路检测检测主机供电、备机供电和外部供电的电压电流；所述电源输入接口与外部电源连接；所述电源输出接口与外部功能模块连接。

[0005] 相较于现有技术，本发明提供的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法可自主切换工作模式且主机与备机可无干涉地共用外部通信接口，避免了传统技术需要第三方机构控制系统工作模式切换的不足，更适用于单接口工作环境，在提高系统冗余度和可靠性的同时，还能自行在功耗、计算能力间达到平衡，更能有效地发挥系统效能，提高工作效率。附图说明

[0006] 图1为本发明实施例提供的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统结构框图。

[0007] 图2为本发明实施例提供的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统的串行接口模块结构框图。

[0008] 图3为本发明实施例提供的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统的电源控制模块结构框图。

[0009] 图4为本发明实施例提供的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统的人机交互接口结构框图。

[0010] 主要元件符号说明

[0011]控制与信息处理系统 10 第一AD采样芯片~第八AD采样芯片 550~557
主机 100 外部功能模块接口 600
主FPGA 110 远程通信接口 700
主处理器 120 人机交互接口 800
备机 200 按键输入信号接口 810
备FPGA 210 第三总线驱动器 820
备处理器 220 第四总线驱动器 830
网络交换模块 300 图像信号输出接口 840
串行接口模块 400 电源输入接口 900
串口驱动芯片 410 电源输出接口 910
第一总线驱动器 430 第一隔离电阻第四隔离电阻 R1 R4
~ ~
第二总线驱动器 420 外部功能模块 20
电源控制模块 500 外部电源 30
第一继电器第四继电器 510 513 按键 40
~ ~
第一译码器第四译码器 520 523 液晶显示屏 50
~ ~
第一测量电阻第三测量电阻 530 532 外部通信网络 60
~ ~
第一电压放大器第四电压放大器 540 543
~ ~

[0012] 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

[0013] 以下将对本发明实施例提供的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法作进一步说明。

[0014] 请参阅图1，本发明第一实施例提供一种双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统10，包括：主机100、备机200、网络交换模块300、串行接口模块400、电源控制模块500、外部功能模块接口600、远程通信接口700、人机交互接口800、电源输入接口900和电源输出接口910。

[0015] 所述主机100包括主处理器120和主FPGA110，所述备机200包括备处理器220和备FPGA210。所述主处理器120和主FPGA110相互连接，所述备处理器220和备FPGA210相互连接。所述主机100和备机200间通过连接主FPGA110、备FPGA210的数字信号线进行状态信息的交互，以此作为对对方工作状态进行判断并进行工作状态切换的依据。所述主FPGA110、备FPGA210间的状态信息交互采用但不限于采用串口协议进行，可同时支持使用推送和查询的方式进行，所述使用推送即向对方FPGA主动推送状态信息，所述查询即等待对方FPGA发送查询信息后返回状态信息。所述交互的状态信息包括处理器是否正常、要求对方处于何种工作状态等，当发现某一FPGA未推送有效状态信息及多次查询未返回有效状态信息时可认为该FPGA已失效。

[0016] 所述主处理器120用于进行主机100的信息处理。所述主处理器120通过自身网络控制器与网络交换模块300相连，进而通过以太网与外部功能模块20和外部通信网络60进行通信。所述主处理器120通过自身串口控制器与主FPGA110实现通信，并依托主FPGA110实现与外部功能模块20通信、对电源的控制以及获取按键40信息。所述主处理器120通过自身图像信号控制器输出图像信息至人机交互接口800以控制液晶显示屏50。

[0017] 所述主FPGA110通过串口协议和主处理器120进行通信，通信信息包括问询主处理器120工作状态，连接主处理器120和外部功能模块接口600中的串口，实现主处理器120和外部功能模块20的串口通信，将主处理器120输出的电源控制信息进行转换以输出至电源控制模块500，将按键触发信息进行转换输出至主处理器120。所述主FPGA通过数字信号线连接电源控制模块500，实现对电源的通断控制及电压电流检测。所述主FPGA通过与人机交互接口800中按键信号接口连接获取按键触发信息并通过串口传送至主处理器120；通过输出控制信号使能或关闭串行接口模块400和人机交互接口800中的总线驱动器，以间接控制主机100和备机200输出的串口信号和图像信号，避免主机100和备机200间输出信号的相互干扰；通过数字信号线与备FPGA210连接并进行信息交互。

[0018] 所述备处理器220用于进行备机200的信息处理。所述备处理器220通过自身网络控制器与网络交换模块300相连，进而通过以太网与外部功能模块20和外部通信网络60进行通信。所述备处理器220通过自身串口控制器与备FPGA210实现通信，并依托备FPGA210实现与外部功能模块20通信、对电源的控制以及获取按键40信息。所述备处理器220通过图像信号控制器输出图像信息至人机交互接口800以控制液晶显示屏50。

[0019] 所述备FPGA210通过串口协议和备处理器220进行通信，通信信息包括问询备处理器220工作状态，连接备处理器220和外部功能模块接口600中的串口，实现备处理器220和外部功能模块30的串口通信，将备处理器220输出的电源控制信息进行转换以输出至电源控制模块500，将按键触发信息进行转换输出至备处理器220；通过数字信号线连接电源控制模块500实现对电源的通断控制及电压电流检测；通过与人机交互接口800中按键信号接口连接获取按键触发信息并通过串口传送至备处理器220；通过输出控制信号使能或关闭串行接口模块400和人机交互接口800中的总线驱动器，以间接控制主机100和备机200输出的串口信号和图像信号，避免主机100和备机200间输出信号的相互干扰；通过数字信号线与主FPGA110连接并进行信息交互。

[0020] 所述网络交换模块300可以为网络交换机，包括网络交换芯片及其外围电路。该网络交换模块300与主处理器120、备处理器220、外部功能模块接口600、远程通信接口700通过数字信号线连接，实现网络信息交互。

[0021] 请参见图2，所述串行接口模块400连接所述主FPGA110、备FPGA210以及外部功能模块接口600，将所述主FPGA110或备FPGA210发送的输出串口信号进行转换与隔离后送入所述外部功能模块接口600，以及将所述外部功能模块接口600接收到的输入串口信号经转换与隔离后送入所述主FPGA110或备FPGA210。请参见图2，所述串行接口模块400包括串口驱动芯片410、第一总线驱动器430、第二总线驱动器420、隔离电阻R1和隔离电阻R2。所述主FPGA110和备FPGA210对同一串口输出的信号线分别连接至第一总线驱动器430和第二总线驱动器420，经由该第一总线驱动器430或第二总线驱动器420后共同连接到串口驱动芯片410的输入端，由该串口驱动芯片410进行信号转换并输出到外部功能模块接口600的串行信号接口。所述第一总线驱动器430和第二总线驱动器420起到隔离作用，所述第一总线驱动器430和第二总线驱动器420各自的使能端口由主FPGA110和备FPGA210分别控制，即主FPGA110和备FPGA210中有一方使能第一总线驱动器430，该第一总线驱动器430便可正常工作，同样地，主FPGA110和备FPGA210中有一方使能第二总线驱动器420，该第二总线驱动器
420便可正常工作。第一总线驱动器430和第二总线驱动器420不能同时处于使能状态。串口驱动芯片410对由外部功能模块接口600输入的串行信号进行信号转换，转换后的信号通过隔离电阻R1连接到主FPGA110，通过隔离电阻R2连接到备FPGA210。输出串口信号经第一总线驱动器430和第二总线驱动器420隔离，输入串口信号经隔离电阻R1和隔离电阻R2隔离，通过上述的隔离方法便可实现主FPGA110和备FPGA210无干涉地共用一个串口。

[0022] 请参见图3，所述电源控制模块500包括第一继电器第四继电器510 513、第一译~ ~码器第四译码器520 523以及电压电流检测电路，本实施例中所述电压电流检测电路包括~ ~
第一测量电阻第三测量电阻530 532、第一电压放大器第四电压放大器540 543和第一AD~ ~ ~ ~
采样芯片第八AD采样芯片550 557。所述主FPGA110输出控制第一继电器510第二和继电器~ ~
511通断的控制信号，该控制信号通过控制信号线连接至第一译码器520和第二译码器521的输入端，经由第一译码器520和第二译码器521译码后控第一制继电器510和第二继电器
511通断。同样地，备FPGA210输出的控制信号第三经译码器522和第四译码器523译码后控制第三继电器512和第四继电器513通断。第一继电器510控制备机供电，第四继电器513控制主机供电，第二继电器511和第三继电器512并联后连接到电源输出接口910，控制外部功能模块20供电。所述电压电流检测电路用于检测主机供电、备机供电和外部供电的电压电流。供电电压由第一、四、五、八AD采样芯片550、553、554、557回采后传送至主FPGA110或备FPGA210，供电电流由第一测量电阻第三测量电阻530 532转换为电压，经第一电压放大器~ ~
第四电压放大器540 543放大后传送至第二、三、六、七AD采样芯片551、552、555、556并传~ ~
送至主FPGA110或备FPGA210。现以备机供电检测为例进行说明，经第一继电器510输出的电压由第一AD采样芯片550回采后通过信息交互接口传送至主FPGA110，经第一继电器510输出的电流由第一测量电阻530转换为待测电压，经第一电压放大器540放大后传送至第二AD采样芯片551，后第二通过AD采样芯片551的信息交互接口将测量信息传送至主FPGA110，由此可获取备机供电的电压、电流信息，主机供电和外部供电的电压电流检测原理与此相同。

[0023] 所述外部功能模块接口600为与外部功能模块20互连的接插件，包括串行信号接口和以太网接口。所述串行信号接口与串行接口模块400连接，所述以太网接口与网络交换模块300连接。

[0024] 所述远程通信接口700为与外部通信网络60互连的接插件，包括以太网接口，所述远程通信接口700与网络交换模块300连接。

[0025] 请参见图4，所述人机交互接口800接收主处理器120和备处理器220输出的人机交互信号，并将该人机交互信号送入对应的人机交互设备。所述人机交互设备包括按键40、液晶显示器50等。请参见图4，所述人机交互接口800包括按键输入信号接口810、第三总线驱动器820、第四总线驱动器830以及图像信号输出接口840。所述主处理器120和备处理器220输出的图像信号线分别连接至第三总线驱动器820和第四总线驱动器830，经由第三总线驱动器820和第四总线驱动器830后互连并连接到图像信号输出接口840，并进一步输出至液晶显示屏50。所述图像信号输出接口840为液晶显示屏50匹配的图像信号接插件。所述第三总线驱动器820和第四总线驱动器830起到隔离作用，所述第三总线驱动器820和第四总线驱动器830各自的使能端口由主FPGA110和备FPGA210分别控制，对同一输出图像信号线进行隔离的两个不同总线驱动器不能同时处于使能状态。所述外部输入按键信号经按键输入信号接口810后分别经隔离电阻R3连接到主FPGA110，经隔离电阻R4连接到备FPGA210。按键输入信号接口810为与外部按键40匹配的接插件。输出图像信号经第三总线驱动器820和第四总线驱动器830隔离，输入按键信号经隔离电阻R3和隔离电阻R4隔离，通过上述的隔离方法便可实现主FPGA110和备FPGA210无干涉地共用图像信号输出接口840和按键输入信号接口810。

[0026] 所述电源输入接口900和电源输出接口910为电源输入输出的接插件，由电源接口构成。所述电源输出接口910与外部功能模块20连接，所述电源输入接口900与外部电源30连接。

[0027] 需要说明的是，本实施例提供的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统中，所述网络交换模块300、串行接口模块400、外部功能模块接口600、远程通信接口700以及人机交互接口800为均可选组件，换言之，本发明提供的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统可以仅由主机100、备机200、电源控制模块500、电源输入接口900和电源输出接口910组成。

[0028] 下面对本实施例提供的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统的自主切换的方法进行说明。

[0029] 一种双机冷热备份自主切换方法，包括以下步骤：

[0030] S1，提供一双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统10；

[0031] S2，给系统供电，主机100与备机200同时工作，进入开机自检状态，获取主处理器120与备处理器220的工作状态；

[0032] S3，根据获取到的主处理器120与备处理器220的工作状态判断系统将采取的工作模式，若主机100与备机200均正常工作，则主FPGA110控制电源控制模块500断开备机电源，系统进入冷备份工作模式；若主机100正常工作，备机200有异常，则主FPGA110控制电源控制模块500断开备机电源，并内部标记备机故障，系统进入主机单余度工作状态；若备FPGA210检出主机100异常，则备FPGA210控制电源控制模块500断开主机电源，系统进入备机单余度工作状态。

[0033] 步骤S1中，所述机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统10可以是包括实施例中的所有功能模块的最大系统，也可以是仅由主机100、备机200、电源控制模块500、电源输入接口900和电源输出接口910构成的最小系统，或者是上述最小系统以及部分功能模块的组合。

[0034] 步骤S2中，通过电源输入接口900给系统供电，主机100和备机200通过电源控制模块500获取电源开始工作，此时主机100和备机200均不对外进行信息交互。本实施例中所述获取主处理器120与备处理器220的工作状态的方法为：主处理器120和主FPGA110间通过串口进行心跳检测，主FPGA110获取主处理器120是否正常工作的信息，备处理器220和备FPGA210间通过串口进行心跳检测，备FPGA210获取备处理器220是否正常工作的信息。

[0035] 步骤S3中，所述主FPGA110和备FPGA210通过互连信号线进行状态交互，根据获取到的主处理器120与备处理器220的工作状态判断系统将采取的工作模式。所述工作模式具体为：

[0036] 1）若主机100、备机200均正常工作，则主FPGA110控制电源控制模块500中继电器510断开备机电源，系统进入冷备份工作模式。系统中如果包含串行接口模块400，则主FPGA110控制串行接口模块400中第二总线驱动器420处于不使能状态，第一总线驱动器430处于使能状态。系统中如果包含人机交互接口800，则主FPGA110控制人机交互接口800中第四总线驱动器830处于不使能状态，第三总线驱动器820处于使能状态。

[0037] 2）若主机100正常工作，备机200有异常，则主FPGA110执行1）中断电操作对备机200断电，并内部标记备机200故障，系统进入主机100单余度工作状态。主FPGA110控制串行接口模块400和人机交互接口800中总线驱动器状态与冷备份模式时相同。

[0038] 3）若备FPGA210检出主机100异常，则备FPGA210控制电源控制模块500中继电器513断开主机电源，系统进入备机200单余度工作状态。系统中如果包含串行接口模块400，则备FPGA210控制串行接口模块400中第二总线驱动器420处于使能状态，第一总线驱动器
430处于不使能状态。系统中如果包含人机交互接口800，则备FPGA210控制人机交互接口
800中第四总线驱动器830处于使能状态，第三总线驱动器820处于不使能状态。

[0039] 进一步地，系统可以在冷备份模式与热备份模式之间切换。

[0040] 1）冷备份模式切换热备份模式

[0041] 开机自检若主机100和备机200均无异常，则系统进入冷备份工作模式，此时，主处理器120监控自身资源开销并通过电源控制模块500中的电压电流检测电路获取功耗信息，当资源开销过大且功耗尚有余量时，主机100控制电源控制模块500中继电器510闭合为备机供电并通过与备FPGA210互连信号线传递要求备机200工作于热备份模式的信息。备机200开机后检测互连信号线并工作于热备份模式。热备份模式下备机200同时承担部分计算工作，但不对外输出串口、网口、图像、电源控制等信息。

[0042] 2）热备份模式切换冷备份模式

[0043] 在热备份工作模式下，若主机100通过电源控制模块500中的电压电流检测电路检测到系统功耗超限，则可对备机200断电，系统进入冷备份工作模式。

[0044] 需要说明的是，在无其他约束的情况下，上述双机冷热备份自主切换方法方法及冷备份模式与热备份模式的切换方法同样适用于多外部功能模块、多网口、多串口、多按键、多图像输出信号线的情况。

[0045] 相较于现有技术，本发明第一实施例在传统冷备份和热备份技术的基础上，提出了双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法，该系统可自主切换工作模式且主机与备机可无干涉地共用外部通信接口，避免了传统技术需要第三方机构控制系统工作模式切换的不足，更适用于单接口工作环境，在提高系统冗余度和可靠性的同时，还能自行在功耗、计算能力间达到平衡，更能有效地发挥系统效能，提高工作效率。

[0046] 本发明第二实施例提供一种主备双机共用通信接口，包括驱动芯片、第一总线驱动器、第二总线驱动器、第一隔离电阻、第二隔离电阻。所述第一总线驱动器的使能端连接主机第一控制信号、备机第一控制信号，所述第二总线驱动器的使能端连接主机第二控制信号、备机第二控制信号。所述第一总线驱动器的输入端连接主机的输出信号，输出端连接所述驱动芯片的内部输入端，所述第二总线驱动器的输入端连接备机的输出信号，输出端连接所述驱动芯片的内部输入端，所述主机的输出信号、备机的输出信号经所述驱动芯片转换后输出至外部设备。所述第一隔离电阻的一端连接所述驱动芯片的内部输出端，另一端连接主机，所述第二隔离电阻的一端连接所述驱动芯片的内部输出端，另一端连接备机，外部设备发送的输入信号经所述驱动芯片转换后，经所述第一隔离电阻进入主机，经第二隔离电阻进入备机。所述驱动芯片可以为串口驱动芯片，也可以为以太网驱动芯片。

[0047] 主机的输出信号连接第一总线驱动器，备机的输出信号连接第二总线驱动器，所述第一总线驱动器的使能端由主机和备机分别控制，主机和备机中有一方使能该第一总线驱动器，该第一总线驱动器即工作，所述第二总线驱动器的使能端由主机和备机分别控制，主机和备机中有一方使能该第二总线驱动器，该第二总线驱动器即工作，所述第一总线驱动器和第二总线驱动器不能同时处于使能状态。外部设备发送的输入信号经第一隔离电阻进入主机，外部设备发送的输入信号经第二隔离电阻进入备机。所述第一隔离电阻与第二隔离电阻的阻值可以根据实际应用情况而选择，本实施例中所述第一隔离电阻的阻值为100至200欧姆，所述第二隔离电阻为100至200欧姆。

[0048] 请一并参见图2与图4，本发明第二实施例提供的主备双机共用通信接口作为本发明第一实施例双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统10的串行接口模块400以及人机交互接口800。需要指出的是，本发明第二实施例提供的主备双机共用通信接口适用于各种主备双机备份系统，而不仅限于本发明第一实施例中的双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统10。

[0049] 相较于现有技术，本发明第二实施例提供的主备双机共用通信接口可以应用于各种主备双机备份系统，可保证主备双机无干涉地共用外部通信接口，适用于单接口工作环境，可以有效地发挥系统效能，提高工作效率。

[0050] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

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一种双机冷热备份自主切换的控制与信息处理系统及方法

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