基于Nios軟核處理器的溫備份智能容錯(cuò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

6)SDRAM控制器，用于連接片外64MB同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器，以便于為程序提供運(yùn)行環(huán)境。

7)UART0和UART1通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片(MAX3232)轉(zhuǎn)換成RS-232電平以便與服務(wù)器通過(guò)串口通信。

8)WD Timer定時(shí)器，在這里作為看門狗定時(shí)器使用，以便提高仲裁器的可靠性，在仲裁器中運(yùn)行的程序出現(xiàn)故障時(shí)，它給系統(tǒng)提供復(fù)位信號(hào)。

該系統(tǒng)是使用Quartus II進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的，用其中的SOPC Builder工具[4]進(jìn)行Avalon架構(gòu)設(shè)計(jì)，圖3是仲裁器的Avalon架構(gòu)的設(shè)計(jì)最終界面。由于篇幅有限，此處僅提供UART0、UART1和IDE硬盤相關(guān)的部分原理圖，如圖4所示。

圖3 SOPC Builder設(shè)計(jì)界面

圖4 部分原理圖

4.2 軟件設(shè)計(jì)思想

以上主要介紹了硬件部分的設(shè)計(jì)思想，下面簡(jiǎn)單描述一下軟件開(kāi)發(fā)的相關(guān)思想。該仲裁器的軟件開(kāi)發(fā)使用Nios IDE[6](Nios集成開(kāi)發(fā)環(huán)境)，主要包括如下模塊：

1)狀態(tài)獲取模塊：該模塊被Timer1定時(shí)器中斷例程定期調(diào)用，主要用于獲取服務(wù)器的當(dāng)前狀態(tài)，其設(shè)計(jì)流程如圖5所示：

圖5 狀態(tài)獲取模塊流程

2)顯示模塊：用于輸出用戶關(guān)心的信息，如根據(jù)服務(wù)器的狀態(tài)用不同顏色點(diǎn)亮雙色發(fā)光二極管、顯示當(dāng)前時(shí)間間隔等級(jí)以及控制蜂鳴器報(bào)警。

3)通訊模塊：主要用于與服務(wù)器進(jìn)行通訊，以便給服務(wù)器發(fā)送命令以及獲得工作服務(wù)器的同步信息并把同步信息寫入硬盤中。

4)按鍵處理模塊：用于處理用戶按鍵，根據(jù)不同的按鍵進(jìn)行不同的控制，如：開(kāi)/關(guān)繼電器以及設(shè)置時(shí)間間隔等級(jí)。

5)硬盤訪問(wèn)模塊：用于提供對(duì)硬盤進(jìn)行讀寫操作的函數(shù)，以便需要操作硬盤的模塊調(diào)用。

6)讀寫Flash的模塊：用于讀取/修改仲裁器的相關(guān)參數(shù)，如：各服務(wù)器運(yùn)行時(shí)間，檢測(cè)服務(wù)器狀態(tài)的時(shí)間間隔等。

5 結(jié) 論

本文提出的軟硬件設(shè)計(jì)思想經(jīng)實(shí)踐證明是可行的，并且在實(shí)際的系統(tǒng)中工作良好。該思想可以進(jìn)一步推廣到多機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)中。在多機(jī)系統(tǒng)中，我們?cè)诙ㄖ坪酶髋_(tái)機(jī)器的工作計(jì)劃后，就可以利用本文提到的給每臺(tái)服務(wù)器一個(gè)計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間這一思想來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。另外，使用Nios軟核處理器，可以定制很多的UART口，這一點(diǎn)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于需要擴(kuò)展串口電路的普通單片機(jī)，從而在硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)上大大降低了難度。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：1) 采用SOC(系統(tǒng)級(jí)芯片)設(shè)計(jì)出溫備份高速仲裁器。2) 將同步信息放到了仲裁器中。這樣，所有同步信息就不依賴于工作設(shè)備(如PC機(jī))，所以即使工作設(shè)備出現(xiàn)故障也無(wú)妨，這樣就大大提高了系統(tǒng)的可靠性。3) 能夠?qū)ぷ髟O(shè)備進(jìn)行計(jì)劃定制，傳統(tǒng)的溫備份仲裁器沒(méi)有這一功能。

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