[发明专利]一种基于硬件冗余的安全仪表高可靠性存储与诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于硬件冗余的安全仪表高可靠性存储与诊断方法，属于工业过程控制领域。

背景技术

随着我国经济的迅速发展以及基础投入加大，生产环境和人身安全越来越受到重视，为了保证现场设备的正常运行和操作人员的人身安全，安全仪表已经成为必须的安全保证。安全仪表在仪表基本功能的基础上加入了大量的诊断功能，使仪表一旦监测到危险，立刻发出报警信息或直接执行预定程序，防止事故的发生、降低事故带来的危害。存储器作为安全仪表的重要组成部分，对它的诊断不可缺少，找到一种安全可靠和实用的存储和诊断方法，是安全仪表研究与开发的一个重点。

目前，对存储器的诊断有很多种方法，按诊断方式可以分成实时的诊断和定时的诊断，实时的诊断是在一定的时间范围内对存储器的固定区域进行诊断，在几个循环后完成整个存储器的诊断，这种方法大多需要数据的拷贝，还要考虑整个系统的时间控制，因此，这种方法大多用在安全仪表功能比较简单，对系统实时性要求不高的仪表系统，因为定时的诊断会耗费大量的时间，如何协调仪表运行时间以及存储器诊断时间是该方法的重点；随着容错技术的发展，基于硬件冗余的存储器诊断方法响应产生，这种方法用两片存储器，中间经过CPLD逻辑控制单元连接到MCU，诊断算法在CPLD中进行，把MCU从繁重的存储器诊断中解放出来，MCU利用率比较高，但该方法硬件电路比较复杂成本较高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种基于硬件冗余的安全仪表高可靠性存储与诊断方法，主要用于安全仪表系统外部易失性存储器的存储与诊断。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于硬件冗余的安全仪表高可靠性存储与诊断方法，用于安全仪表在运行的过程中对外部易失性存储器进行数据存储和数据诊断，包括以下步骤：

将MCU连接两个存储器，分别为数据存储器和备份存储器：数据存储器用于程序和数据的运行，备份存储器用于数据存储器的数据备份；

MCU将数据存储器中的诊断区域分为N个小诊断区域，将备份存储器中的备份区域分为N个小备份区域，N为大于1的自然数，每个小诊断区域对应一个小备份区域；

MCU按次序对每个小诊断区域分别进行诊断：MCU对某一小诊断区域进行诊断时，控制对应程序运行在对应的小备份区域中，诊断完成后将该小备份区域的数据拷贝回对应的小诊断区域。

未被MCU进行诊断的小诊断区域，其中的程序和数据正常运行。

相对应的小诊断区域和小备份区域具有相同的序号。

所述MCU将数据存储器中的诊断区域等分为N个小诊断区域，将备份存储器中的备份区域等分为N个小备份区域，

所述MCU具备EBI总线，对应EBI0与EBI1的设备分别对应于不同的系统地址，EBI0与EBI1的片选相与后接到数据存储器和备份存储器的片选上。

所述MCU在正常运行时将程序分为3个部分：数据拷贝程序、数据诊断程序和用户应用程序，分别对应于不同线程；

数据拷贝程序用于根据不同的系统EBI地址将某一小诊断区域的数据拷贝到对应的小备份区域中，且数据拷贝程序优先级最高，在拷贝的过程中不允许其他线程打断；

数据诊断程序通过传统的RAM测试方法对某一小诊断区域进行诊断，且数据诊断程序的优先级比数据拷贝程序低，在MCU空闲时对诊断区域进行数据诊断，在诊断的过程中，用户应用程序运行在备份存储器中；

用户应用程序用于实现安全仪表的基本功能。

本发明是用于为安全仪表运行提供保证，具有如下优点：

1.硬件电路设计方便。本发明采用冗余的方式，用简单的硬件电路替代了传统方法的CPLD，硬件设计简单；又因为采用硬件的冗余，减少了数据拷贝的次数，大大解放了MCU，使MCU的利用率大幅提高；应用硬件电路切换的方式，实现程序在数据存储器和备份存储器之间的切换，硬件电路设计方便，解决了传统方法硬件设计复杂的问题。

2.软件设计简单，对MCU的依赖性小。本发明应用硬件电路和软件配合的方式，通过硬件的配合很容易实现程序运行空间的切换，程序设计简单，解决了传统方法诊断程序设计复杂的问题，把MCU从繁重的存储器诊断中解放出来，大大提高了MCU的利用率，效率较高。

3.实时性好。本发明在安全仪表正常运行中，备份存储器作为数据存储器的备份，只要进行数据写入，就会进行数据备份，实时性好，可靠性高。