1、CPCI 总线下的计算机控制设计分析摘 要在计算机应用中，最基本要求极为安全可靠，其中在 CPCI总线下实施计算机控制的冗余设计，能够显著就对计算机控制可靠性提供保障。本文则重点分析 CPCI 总线下的计算机控制冗余设计，以为同行工作者提供相应的参考资料。 关键词CPCI 总线；计算机；控制设计 中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0354-01 控制计算机担负着通信、数据处理、控制等工作，是系统的核心构件，其可靠性直接影响整个系统的工作状态。对于 CPCI 总线下的控制计算机，其采用冗余的优势是：当系统发生故障时，冗余配置另外一套设备、部
2、件立刻激发，继续执行系统给出的任务，能极大降低系统的故障率和故障时间，使得控制计算机的可靠性得到保障。因此，冗余设计是CPCI 总线下的控制计算机设计方案的常见方法，能很好满足系统对可靠性、稳定性的要求。 1.CPCI 总线下的计算机控制原理 独立计算机冗余控制计算机系统有两套 I/O 信号，分别由两个相互独立的计算机负责，控制电路控制这两套 I/O 信号的接口，通过切换控制电路即可完成对计算机与外接的接通方式。控制这两套 I/O 信号的两个计算机有一样的 CPU 板、电源、软硬件及扩展板1。 2.CPCI 总线下计算机控制设计方案 2.1 选择合适的冗余设计模式 冗余设计分为多种，根据冗余的
3、程度可分为 1：n（n=1、2、3）冗余；根据工作方式可分为冷备份冗余、热备份冗余；根据其在系统中的位置，可分为系统级冗余、部件级冗余、元件级冗余等。考虑到 CPCI 计算机的特点经以及系统的复杂程度、造价成本、功能，尤其是模块化的特点，本次控制计算机系统设计采用冷备份、系统级、1：1 冗余，即双机冗余冷备份，这种冗余模式相对较为简单、可靠性高，能满足系统工作对备份方式、需要、特点的要求。对于 CPCI 总线下的控制计算机的设计方案，本文主要介绍硬件设计。 2.2 计双电源互锁 为了避免同时处于工作状态的两个部件相互影响，会采用互锁技术，这是一项只允许一个部件工作的技术。本文设计的控制计算机系
4、统是冷备份冗余，因此必须进行双电源互锁设计，以免系统的两个计算机同时工作。为了实现上述目标，在本系统两个计算机间应用了互锁设计，这种设计不仅避免两个计算机同时同时，还防止了它们同时被加电。 系统电源采用 DC 电源输出，输出电压有两个+5V、3.3V 两种规格。本文以+5V 电压输出为例：每个电源都有 EN 使能端、互锁控制信号输出端（TTL 电平） 、DC28V 输入端、+5V 输出端，其中 EN 使能端高电平有效，控制电源 DC-DC 转换模块就会启动电源，否者不会启动，而另一电源的EN 使能端与该电源的互锁控制输出信号互联。当 EN 使能端为低电平且外部 28V 输入接通时，电源不输出+
5、5V 电压，即不工作，此时互锁控制输出信号为高高电平；当 EN 使能端为高电平且外部 28V 输入接通时，电源输出+5V 电压，开始工作，此时互锁控制输出信号为低电平2。也就是说，电源 1 处于非工作状态时，如果接通外部 28V 时，电源输出+5V 电压。则互锁控制信号输出高电平，控制电源 DC-DC 转换模块处于工作状态， 2.3 设计切换控制电路 完成 1 次相应计算机输出 I/O 信号的控制需要两组 I/O 信号的切换。只有有电源处于工作状态，则切换控制电路都会工作。只要输出信号进过 2JT5-2 继电器选择器，无论是输出+5V 的电源工作还是输出 3.3V 的电源工作，2JT5-2 均
6、可向切换电路提供+5V 和 3.3V 的工作电源。此外，处理过后的电源 1 的+5V1 输出信号“SEL”会被切换电路选择，若+5V1 无效，则计算机 2 的 I/O 信号接口输出；若+5V1 有效，则计算机 1 的 I/O信号接口输出。 切换器件在切换电路的选择如下：串口、PS2、USB 等一般信号选择MAX4761；VGA 显示信号选择专用切换器件 MAX4885。此外，还设计了四通道的以太网交换电路，以解决开关不宜用来切换选择太网信号的问题。交换电路会接收到多种以太网信号，既有外部的以太网接口信号，又有计算机系统内部的以太网接口信号3，通过以太网各以太网接口完成电路交换数据的交换，继而满
7、足系统要求。隔离变压器 MIDCOM 7120-37、交换器件 BCM5328M 均在设计得以采用。 3 共享机制的实现策略 本文设计的控制计算机系统采用的是 IDE 接口存储器。在前文的论述中，我们知道因为系统的两个计算机互为冷备份，为了避免同时工作时互相影响，我们通过一些列的设计使其无法同时工作，这也使得两个计算机之间不能直接共享数据信息，而如果不能共享数据信息，实际的工作就会受到影响。为了确保系统的两个计算机，传统的做法是把关键文件从一个计算机拷贝到另外一个计算机，这种共享数据的方法不仅在计算机故障时无法使用，且还会在较长的时间内影响设备的正常工作4-5。而通过切换 IDE 信号，可使得
8、任何一个处于工作状态的计算机均能访问两个计算机储存器所储存的共享，扫清了数据共享的障碍。也就是说，主、从盘存储器均可以被处于工作状态的计算机访问，而系统启动也可以从任意一个存储器发起，且任意一个存储器均配备一套完整的软件和操作系统，该计算机系统启动后又可立刻访问另外一个存储器，这就相当于两个计算机同时共用两套存储器，继而实现了两个计算机之间的信息数据共享，确保计算机控制设计共享的有效实现。 结束语 可靠是用户对控制计算机最基本要求，这也是本文设计方案严格遵循的原则。冗余技术是一项复杂的设计技术，是提升控制计算机性能的重要方法。当在具体应用中，还应根据实际情况决定方案是否采用冗余设计。因为冗余设
9、计不仅能降低控制计算机的故障时间和故障率，还会增加投资成本、设计难度和系统的复杂性。如果控制计算机对稳定要求非常高的且成本允许，可采用冗余设计，比如 CPCI 总线下的控制计算机，即使投入大量人力、物力进行冗余设计也是值得的。大量的研究实验指出，CPCI 总线下的控制计算机采用冗余设计，其可靠性是有保障的，本方案主要采用冗余设计，具体内容包括系统原理的介绍、冗余模式的选择、双电源互锁的设计、切换控制电路的设计、数据共享方式的选择，以供参考及应用。 参考文献 1 郭峰，沈浩，王勇等.基于 CPCI 总线冗余控制计算机的设计与实现J.计算机测量与控制，2010，18（11）：2570-2572. 2 卜颖.一种基于 CPCI 总线的控制计算机设计J.工业控制计算机，2013，26（5）：68-69. 3 张晓愚.基于 CPCI 总线的雷达数据采集与控制系统显控软件设计J.计算机测量与控制，2015，23（5）：1802-1805. 4 程春，马妮娜.基于 CPCI 总线冗余控制计算机的设计与实现J.中小企业管理与科技，2014， （10）：307-307. 5 王凡，胡晓吉，王有为等.基于 CPCI 与 LPC 总线的主板 BIT 设计J.计算机工程与设计，2011，32（8）：2905-2908.
