基于ARM控制器的双机热备份

2019-10-26钟维辉

设备管理与维修 2019年10期

于津，钟维辉，王军

（同方电子科技有限公司，江西九江 332000）

0 引言

双机热备份是一种非常有效且经常被采用的方法。在双机热备份系统中，2 个ARM（Advanced RISC Machines 精简指令集计算机）控制器必须保持工作状态的完全一致，需要随时进行数据交换。在满足系统性能的条件下，充分利用ARM 控制器本身的资源，最大程度地简化内部通信的接口设计非常值得研究。在ARM 控制器家族的众多成员中，ARM LPC23 系列以其优越的性能、成熟的技术、高可靠性和高性价比，在产品控制领域中有着广泛应用。下面以ARM LPC2378 为例给出双机通信的简化接口设计。

1 ARM 控制系统的结构和工作原理

1.1 系统结构和工作原理

（1）ARM 控制系统功能原理见图1。

图1 微机控制器功能原理

（2）本控制系统主要用于4 个预选器模块的控制，ARM 控制器通过以太网或RS232 串口的遥控命令字控制预选器。根据需求采用自带以太网口、多串口的ARM7 控制器LPC2378；预选器是5 V 电压、ARM LPC2378 为3.3 V，预选器控制采用并行总线送数，总线上采用了74LV164245 电压转换芯片，提高总线驱动能力；为了做好隔离和数据保存，采用了74HC573 数据锁存器、光电耦合器。采用FM18L08 掉电保存数据，在系统重新上电后可以恢复到上次工作模式。看门狗监控电路采用具有电源监控电路和看门狗功能的微处理芯片IMP706T。DC-DC电源芯片SPX1117 有很低的静态电流，在满负载时其低压差仅为1.1 V。当输出电流减少时，静态电流随负载变化，并提高效率。LTC4411 低损耗理想二极管，能从（2.6～5.5）V 输入电压来提供高达2.6 A 电流，低正向接通电阻（最大值为140 mΩ）、低反向漏电流（＜1 μA）、内部电流限值保护，内部热保护，无需外部有源元件。

1.2 双ARM 控制系统热备份设计

（1）双ARM 控制系统热备份结构功能框图，如图2。

图2 双ARM 控制系统热备份结构功能框

（2）ARM 控制系统工作模式。控制命令字通过以太网或RS232 串口发送给LPC2378，LPC2378 接收到命令后，经过处理程序控制对应的预选器滤波器；看门狗控制工作指示灯状态，LPC2378 工作正常时，看门狗控制三态门，使能工作指示灯显示工作正常；看门狗在1.6 ms 内没有得到LPC2378 控制脉冲，判断LPC2378 故障，控制工作指示灯显示故障，同时通过与非门禁止三态门，隔离本控制系统输出。

（3）2 个ARM 控制系统之间的通信。2 个ARM 控制系统之间的采用RS232 串口通信。通过发送控制命令字来判断ARM控制系统是否工作正常。控制命令字以0xFFH 为包头，0xFEH为包尾。控制命令字见表1。

（4）双路RS232 接口切换。由于机器面板上只有1 个RS232遥控口，2 个ARM 控制体统的RS232 串口采用并接。2 个ARM控制系统都需要收到RS232 串口输入的命令，RS232 串口的输入端（RX）就直接并接在一起；在输出的时候，只有1 个ARM 控制系统可以输出，在LPC2378-1 正常时CPU1 控制口为0，RS232 串口的输出端（TX）通过继电器与外部RS232 口连接，LPC2378-2 的RS232 输出被继电器隔离。LPC2378-1 发生故障后，LPC2378-2 的RS232 输出通过继电器使能，LPC2378-1 的RS232 输出禁止（图3）。