[发明专利]一种基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法

说明书

一种基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法，包括：1】系统的每一路输入、输出电路及CPU电路均分别与同一FPGA相连；2】FPGA可对每一路输入、输出电路分别进行调配切换；3】主从CPU均可读取或控制每一输入、输出电路；4】当某一路输入、输出电路及CPU电路出现故障时仅切换该路器件。本发明能对各种资源进行细粒度的管理，实现更加灵活的组合，从而尽可能避免系统失控。该方法器件使用量小，可实现多个不同类故障点的冗余切换。

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法，通过对系统中输入、输出及CPU资源进行细粒度的管理和组合，实现灵活冗余替换，从而显著增加系统的任务可靠性。

背景技术

双余度计算机控制系统广泛应用于飞控等有较高可靠性要求的领域。其原理是系统中存在两套控制电路，当其主控制电路出现故障时将控制权切换到冗余控制电路，主控制电路的所有资源都不再使用。当两套控制电路都出现故障时系统将处于失控状态。但实际情况是两套控制电路的故障点往往不相同，例如第一套控制电路的输入通道1故障，而第二套控制电路则可能是输入通道9故障或CPU故障等。如果能够灵活组合资源，则仍然使系统正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种通过FPGA灵活管理双余度计算机系统中各种资源的方法，对各种资源进行细粒度的管理，实现更加灵活的组合，从而尽可能避免系统失控。该方法器件使用量小，可实现多个不同类故障点的冗余切换。

本发明的技术解决方案是：

一种基于FPGA的双余度计算机控制系统的设计方法，该方法包括：

1】系统的每一路输入、输出电路及CPU电路均分别与同一FPGA相连；

2】FPGA可对每一路输入、输出电路分别进行调配切换；

3】主从CPU均可读取或控制每一输入、输出电路；

4】当某一路输入、输出电路及CPU电路出现故障时仅切换该路器件；

其特征在于，该方法具体描述为：

1】外部输入器件单独与FPGA连接，FPGA将每一路流式数据读取并存入FPGA内部两个独立的FIFO，两个FIFO的输出端分别通过FPGA与主、从CPU的总线连接；每一路输入开关量通过两个独立的buffer与两个CPU的总线连接,使两个CPU可以独立读取每一路输入通道的数据；

2】每个输出器件的所有控制线单独与FPGA连接，并在FPGA内部实现输出控制器对每个输出器件进行控制；

数据的控制和流向：每一个输出控制器的输入端通过FPGA内部的多路开关分别与两个CPU的总线连接,通过切换可接收每个CPU的指令，同时输出控制器接收到的数据可被从CPU读出；

3】为每个输出器件设计自检电路，用以测试输出器件是否正常；

4】系统初始态时主控制电路得到控制权，主CPU从主输入电路读取输入数据并进行计算，再将计算所得的控制写入FPGA中相应的输出控制器对输出器件进行控制；

主CPU同时比对每一路主、从输入电路的输入结果，当某一路主输入异常时便不再采用该路数据而采用从输入电路中对应的通道数据；主CPU查询每一输出器件自检电路结果，判断是否为预期结果，如果不是则控制切换电路将该路输出切换为相应的从输出电路；

5】从CPU同步进行上一步4】中主CPU进行的读取和计算工作，并监控其输出数据及切换控制动作；当从CPU发现主CPU动作异常则切换控制权。

上述流式数据包括AD以及串行输入接口数据。

本发明的优点在于：

1、对系统中各电路模块用同一FPGA进行灵活管理；