計(jì)算機(jī)可靠性和冗余設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

1、高可靠性雙機(jī)冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要保證所選器件和設(shè)備可以構(gòu)成高可靠性系統(tǒng)，一般要采用下述 一些技術(shù)：(1) 采用冗余備份技術(shù)，使系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)，仍可以保持正常工作。(2) 優(yōu)化系統(tǒng)的故障檢測(cè)(BITE)技術(shù),用最短的時(shí)間將故障定位。(3) 研究快速恢復(fù)技術(shù)，從而將問(wèn)題盡快解決。(4) 增加糾錯(cuò)和容錯(cuò)措施，減少故障的出現(xiàn)。其中,冗余備份技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及各種重要數(shù) 據(jù)采集和通訊中都得到了廣泛的應(yīng)用，為提高系統(tǒng)工作的可靠性起到 了十分重要的作用。1、常用冗余備份技術(shù)冗余備份，其實(shí)就是備份的一種形式，主要 是為了不使系統(tǒng)在工作中由于某中原因?qū)⒅匾男畔⒃谕ㄐ胖挟a(chǎn)生 中斷,避免造成重大的損失

2、，利用有效的手段切換到備份的部件中。也 就是重復(fù)配置系統(tǒng)的一些部件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，冗余配置的部件介 入并承擔(dān)故障部件的工作，大大減少故障存在的時(shí)間，從而保證系統(tǒng)的 正常工作。常用的冗余備份技術(shù)有：(1) 單機(jī)冗余技術(shù)：此技術(shù)以提高計(jì)算機(jī)自身可靠性為手段，對(duì)組成計(jì)算機(jī)的易損部件進(jìn) 行冗余設(shè)計(jì)。(2) 雙工備份技術(shù): 此技術(shù)用2個(gè)完全相同的子部件，一個(gè)處于聯(lián)機(jī)工作狀態(tài)，另一個(gè)處于 等待狀態(tài)。一旦聯(lián)機(jī)工作的部件出現(xiàn)故障，備份部件便代替其工作。 但聯(lián)機(jī)工作出現(xiàn)故障及備份部件的工作需要相應(yīng)的監(jiān)測(cè)軟件進(jìn)行判 斷和工作部件切換。(3) 雙機(jī)熱備份技術(shù)：該技術(shù)也即是目前通常所說(shuō)的active/standb

3、y工作方式。Active與sta ndby設(shè)備具有相同的硬件配置并裝有相同的操作系統(tǒng)和工作軟件，且二者在正常工作時(shí)輸入和輸出的數(shù)據(jù)及其軟件協(xié)議均相同。當(dāng) active設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候，通過(guò)軟件檢測(cè)將standby設(shè)備激活 保證系 統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)完全恢復(fù)正常使用。此技術(shù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。計(jì)尊機(jī)11輸入判兩切換輸出一計(jì)算的12 圖I雙機(jī)熱備份技術(shù)結(jié)構(gòu)框圖(4) 網(wǎng)絡(luò)冗余：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信已在大大小小不同的系統(tǒng) 中承擔(dān)越來(lái)越重要的作用，網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)也便應(yīng)運(yùn)而生。這種技術(shù)一 般是通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)建立冗余環(huán)，從而提供計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的備份通道。圖2所示的網(wǎng)絡(luò)冗余接線圖，便是其中的一種。圖中

4、所示的 3臺(tái) 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)在遵循其相同的軟件協(xié)議下組成冗余環(huán)，在segmentl、segment2和segment3中任何一個(gè)出現(xiàn)接觸不良或完全斷開(kāi)的情況下 ,均不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)的通信，設(shè)備會(huì)在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)。此外，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)也可與其他網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行級(jí) 聯(lián)操作圖2網(wǎng)絡(luò)兀余接線2、高可靠性雙機(jī)冗余系統(tǒng)在分析了上述冗余技術(shù)后，在此將主要討論利用雙機(jī)熱備份技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2.1系統(tǒng)組成及功能該系統(tǒng)主要由2臺(tái)顯示控制計(jì)算機(jī)、2臺(tái)工作主機(jī)、1臺(tái)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)、1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成（可用3臺(tái)組成冗余環(huán)，進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)充）。其中,工作 主機(jī)為自行開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)插件，既具有常規(guī)

5、計(jì)算機(jī)的所有功能，又可與 插件本身布有的大規(guī)?？删幊碳呻娐?EPLD進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，大大豐 富了主機(jī)的工作模式，并增加了對(duì)外的接口形式，為系統(tǒng)更靈活的功能 擴(kuò)充提供了條件。主機(jī)的原理框圖如圖 3所示。2臺(tái)顯示控制計(jì)算機(jī)和2臺(tái)工作主機(jī)均為冗余備份設(shè)計(jì)。顯示控 制計(jì)算機(jī)處理并顯示主機(jī)輸出的有關(guān)數(shù)據(jù)及信息，是進(jìn)行人機(jī)交互的 窗口。主機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集、管理及傳輸功能。監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)用來(lái)診斷 系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而進(jìn)行通信鏈路的判斷選擇。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)用于各 計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)的組成框圖如圖 4所示。主犯監(jiān)測(cè)汁算機(jī)圖4系統(tǒng)組成框圖2.2設(shè)計(jì)的基本原則(1)具有智能化的切換方式，系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)判斷的工作狀

6、態(tài)自動(dòng)選擇通信鏈路，并可用命令切換相輔助；具有可靠的自檢測(cè)功能3,確保各功能的工作狀態(tài)如實(shí)反應(yīng)，使鏈路切換后可正常工作；(3)采用軟件化設(shè)計(jì)技術(shù)，廣泛采用軟件處理方式，替代硬件功能，完成相應(yīng)的處理任務(wù)，達(dá)到提高任務(wù)可靠性的目的；(4) 采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高整個(gè)系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)的利用率，并有利于系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級(jí)；(5) 采用大規(guī)?？删幊绦酒?，提高了系統(tǒng)處理能力和靈活性，降低了功 耗,增強(qiáng)了產(chǎn)品的可靠性；(6) 采用 嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)！和 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)技術(shù)!,提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí) 處理能力和軟件的穩(wěn)固性。2.3工作原理由系統(tǒng)組成框圖可看出各計(jì)算機(jī)均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換信息，且2塊顯示控制計(jì)算機(jī)與2塊主機(jī)為網(wǎng)

7、絡(luò)節(jié)點(diǎn)備份工作方式，這種分布式的工作 特點(diǎn)可以使各計(jì)算機(jī)完全獨(dú)立的進(jìn)行工作。對(duì)顯控計(jì)算機(jī)而言，二者同時(shí)接收來(lái)自主機(jī)的數(shù)據(jù)，同時(shí)輸出所需顯示的信息，不需要故障判斷 和切換，在其中一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)均不影響另外一臺(tái)的正常工作，并根據(jù)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)回饋的系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的人機(jī)交互。2臺(tái)主機(jī)作為一個(gè)功能單元，也具有相同的輸入和輸出配置，二者的不同是通過(guò)分配 給其不同的網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)判斷。顯控計(jì)算機(jī)的干預(yù)命令送給監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī) 再由其轉(zhuǎn)送給在線工作的主機(jī)。監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)按其工作軟件設(shè)置的檢測(cè) 周期對(duì)兩臺(tái)主機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行診斷，一旦發(fā)現(xiàn)鏈路中斷或回饋的信 息有誤便自動(dòng)切換到另一臺(tái)主機(jī)進(jìn)行在線工作，并將診斷結(jié)果送給顯控計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示，以便操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行故障處理。圖5為系統(tǒng)工作流程圖?？紤]到主機(jī)處理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、 監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)備狀態(tài)和控制命令的實(shí)時(shí)檢測(cè)和傳送，二者的操作系統(tǒng)選擇嵌入式實(shí)時(shí)QNX操作系統(tǒng)并采用C+編程語(yǔ)言完成相應(yīng)的功能。顯控計(jì)算機(jī)選擇 WindowsNT操作系統(tǒng)和 VisualC+6.0作為開(kāi)發(fā)工具，Windows