二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)及其運行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)及其運行方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在實時控制系統(tǒng)中，為滿足控制系統(tǒng)安全性、可靠性和可用性等要求，涉及安全的控制設(shè)備均采用二乘二取二的安全冗余計算機系統(tǒng)(又稱二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng))。
[0003]如圖1所示，相關(guān)技術(shù)中二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)由完全相同的主系10和從系13組成，主系10包括CPUll和CPU12，從系13包括CPU14和CPU15。主系10和從系13采用主備方式冗余，控制系統(tǒng)正常運行時，主系10工作從系13同步備用；主系10故障后，從系13升為主系繼續(xù)工作?？傊?，任何一系故障時，另一系會立刻進入工作狀態(tài)，從而保證控制系統(tǒng)的正常運行。如圖1所示的二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)，主系10和從系13的工作方式相同。以主系10為例，CPUlI和CPU12獨立運算，CPUll和CPU12分別對運算結(jié)果進行比較，比較一致時才形成輸出命令，從而確?？刂葡到y(tǒng)的安全性。如圖2所示，相關(guān)技術(shù)中的二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)中，主系和從系中每個CPU都包括應(yīng)用軟件21、平臺軟件22、操作系統(tǒng)23和計算機硬件24。應(yīng)用軟件21用于實現(xiàn)控制系統(tǒng)的邏輯功能。平臺軟件22負責協(xié)調(diào)每系中兩個CPU之間的工作，以及協(xié)調(diào)主系從系之間的工作，平臺軟件22通過調(diào)用操作系統(tǒng)23控制計算機硬件工作。計算機硬件24包括各種專用的單板計算機，還包括CAN通信、雙口 RAM通信和串口通信等各種通信板卡。
[0004]相關(guān)技術(shù)中，二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)運行時，為了保證控制系統(tǒng)的安全運行，主系和從系之間需要實時進行數(shù)據(jù)同步。主系和從系之間同步時，需要同步值類型數(shù)據(jù)和引用型數(shù)據(jù)，其中值類型數(shù)據(jù)可以理解為編程語言中的賦值數(shù)據(jù)，如int型、float型數(shù)據(jù)，引用型數(shù)據(jù)可以理解為地址數(shù)據(jù)。發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)中的二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)，對于值類型數(shù)據(jù)而言，主系只需要將值類型數(shù)據(jù)發(fā)送至從系，由從系進行保存即可。對于引用型數(shù)據(jù)而言，由于在主系和從系中，相同地址存儲的數(shù)據(jù)內(nèi)容可能不同，因此即使主系將引用型數(shù)據(jù)發(fā)送給從系，從系根據(jù)接收到的引用型數(shù)據(jù)也無法獲取主系中對應(yīng)地址存儲的內(nèi)容，從而導(dǎo)致主系和從系在同步時不能同步變量地址類的引用型數(shù)據(jù)。
[0005]可見，相關(guān)技術(shù)中的二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)，主系和從系在同步時無法同步變量地址類的引用型數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)及其運行方法，該控制系統(tǒng)在運行時，主系和從系之間能夠同步變量地址類的引用型數(shù)據(jù)。
[0007]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括主系和從系，所述主系和所述從系均包括兩個互為主備的CPU ;
[0008]所述主系包括:
[0009]聯(lián)機請求接收單元，用于接收所述從系發(fā)送的聯(lián)機請求；
[0010]同步數(shù)據(jù)發(fā)送單元，用于當所述聯(lián)機請求接收單元接收到所述聯(lián)機請求時，將本地的所述CPU保存的同步數(shù)據(jù)發(fā)送給所述從系；所述同步數(shù)據(jù)包括:值類型變量值、引用型變量值和信號兵變量地址；
[0011]所述從系包括:
[0012]聯(lián)機請求發(fā)送單元，用于在進行聯(lián)機同步時，向所述主系發(fā)送聯(lián)機請求；
[0013]數(shù)據(jù)同步單元，用于接收所述同步數(shù)據(jù)，觸發(fā)所述從系的CPU根據(jù)所述同步數(shù)據(jù)中的值類型變量值對本地的值類型變量進行更新，根據(jù)所述同步數(shù)據(jù)中的信號兵變量地址和本地保存的信號兵變量地址計算偏移量，根據(jù)所述偏移量對所述同步數(shù)據(jù)中的引用型變量值進行運算，使用運算得到的引用型變量值更新本地的引用型變量。
[0014]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面第一種可能的實施方式，其中，所述主系和所述從系中互為主備的CPU運行的操作系統(tǒng)采用異構(gòu)形式。
[0015]結(jié)合第一方面第一種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面第二種可能的實施方式，其中，所述互為主備的CPU分別運行Linux操作系統(tǒng)和Unix操作系統(tǒng)。
[0016]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面第三種可能的實施方式，其中，所述主系和所述從系中各自的所述互為主備的CPU間通過以太網(wǎng)相互通信；
[0017]所述主系和所述從系均通過以太網(wǎng)對外通信；所述主系和所述從系之間采用以太網(wǎng)和串口通{目。
[0018]結(jié)合第一方面第三種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面第四種可能的實施方式，其中，所述主系和所述從系運行在專用單板計算機或者通用計算機上。
[0019]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面第五種可能的實施方式，其中，所述主系和所述從系內(nèi)的平臺軟件獨立于各自內(nèi)部的應(yīng)用軟件獨立運行；所述主系和所述從系內(nèi)，所述平臺軟件和多個所述應(yīng)用軟件之間串行通信或者并行通信。
[0020]第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)的運行方法，所述控制系統(tǒng)包括主系和從系，所述主系和所述從系均包括兩個互為主備的CPU ;所述運行方法包括:
[0021]所述從系在進行聯(lián)機同步時，向所述主系發(fā)送聯(lián)機請求；
[0022]當所述主系接收到所述從系發(fā)送的聯(lián)機請求時，將本地的所述CPU保存的同步數(shù)據(jù)發(fā)送給所述從系；所述同步數(shù)據(jù)包括:值類型變量值、引用型變量值和信號兵變量地址；
[0023]所述從系接收所述主系發(fā)送的同步數(shù)據(jù)，觸發(fā)所述從系的CPU根據(jù)所述同步數(shù)據(jù)中的值類型變量值對本地的值類型變量進行更新，根據(jù)所述同步數(shù)據(jù)中的信號兵變量地址和本地保存的信號兵變量地址計算偏移量，根據(jù)所述偏移量對所述同步數(shù)據(jù)中的引用型變量值進行運算，使用運算得到的引用型變量值更新本地的引用型變量。
[0024]結(jié)合第二方面，本發(fā)明實施例提供了第二方面第一種可能的實施方式，其中，所述控制系統(tǒng)運行時，所述主系和所述從系內(nèi)所述互為主備的CPU分別運行Unix操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)。
[0025]結(jié)合第二方面，本發(fā)明實施例提供了第二方面第二種可能的實施方式，其中，所述控制系統(tǒng)運行時，所述主系和所述從系中各自的所述互為主備的CPU間通過以太網(wǎng)相互通信；所述主系和所述從系均通過以太網(wǎng)對外通信；所述主系和所述從系之間采用以太網(wǎng)和串口通信；
[0026]所述控制系統(tǒng)運行時，所述主系和所述從系運行在專用單板計算機或者通用計算機上。
[0027]結(jié)合第二方面，本發(fā)明實施例提供了第二方面第三種可能的實施方式，其中，所述控制系統(tǒng)運行時，所述主系和所述從系內(nèi)的平臺軟件獨立于各自內(nèi)部的應(yīng)用軟件獨立運行，所述主系和所述從系內(nèi)，所述平臺軟件和多個所述應(yīng)用軟件之間串行通信或者并行通
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[0028]本發(fā)明實施例中的二乘二取二安全冗余控制系統(tǒng)及其運行方法，主系和從系在同步時，主系將信號兵變量地址發(fā)送給從系，從系根據(jù)接收到的信號兵變量地址和本地保存的信號兵變量地址計算偏移量，根據(jù)偏移量對主系發(fā)送的引用型變量值進行運算，使用運算得到的引用型變量值賦值更新本地的引用型變量，從而達到同步引用型數(shù)據(jù)的目的。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0030]圖1示出相關(guān)技術(shù)中的二乘二取二安全冗余控制