專利名稱：實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，尤其涉及通訊領域和工業(yè)自動化領域的實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置。
背景技術：
隨著通訊技術、計算機技術及電子技術的不斷發(fā)展，以及通訊設備的復雜化和小型化趨勢，人們對通信系統(tǒng)的要求越來越高，因此提高通信設備的可用性也變得越來越重要。高可用性設計已廣泛應用于通訊系統(tǒng)設備中，高可用性是指在用戶需要使用設備的任何時候，系統(tǒng)都是可用的。它包括兩方面的含義，即可靠性(通常用平均無故障工作時間來衡量，即MTBF)和可維護性(故障后的平均維護時間，即MTTR)。可用性通常被定義為在規(guī)定的時間段內，系統(tǒng)正常運行的時間占整個時間段的比例，常用百分比表示。通信系統(tǒng)需要一天24小時、一年365天連續(xù)不間斷運轉，一個可用性為99.9％的通信系統(tǒng)一年的平均故障時間為8.76小時(525分鐘)，而一個可用性為99.999％的通信系統(tǒng)一年的平均故障時間只有5分鐘。
在現(xiàn)有技術中，通信系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置最常見的是采用符合COMPACT PCI規(guī)范的熱插拔設計，該類裝置包括一對主控板，若干業(yè)務板或I/O接口板，各單板在PCI總線上實現(xiàn)熱插拔。在現(xiàn)有的熱插拔系統(tǒng)中，由于背板和單板相連的接插件中的信號大多是PCI總線，導致背板和單板上PCI總線走線太多太長，降低了系統(tǒng)的可靠性。另外單板在產生熱插拔中斷時，系統(tǒng)需要查詢產生中斷的單板，此時如果該單板的PCI接口芯片產生主接口閉鎖，將不對PCI的地址周期產生響應，但會對配置周期產生目標重試，由于主控板是通過PCI配置周期來查詢各單板的中斷狀態(tài)，這樣就有可能會加重系統(tǒng)查詢產生中斷的單板的負擔，甚至會將系統(tǒng)掛死。詳情請參考PICMG 2.0 D3.0版本有關COMPACT PCI中斷的定義。符合COMPACT PCI規(guī)范的熱插拔設計，只有當主控板正常工作時，其它業(yè)務板和接口板才能正常上電并工作，也就是說，業(yè)務板和接口板的上電和工作完全依賴于主控板，沒有主控板或主控板工作不正常，其它單板將無法實現(xiàn)熱插拔。因此現(xiàn)有的熱插拔設計很難實現(xiàn)系統(tǒng)的高可用性。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題是克服現(xiàn)有技術中系統(tǒng)高可用性不易達標的缺陷，提供一種能實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置。
本發(fā)明技術方案為一種實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，包括至少一對主控板，至少一對電源模塊，若干單板；其中，各單板全部采用熱插拔和緩啟動設計，可以獨立插入機箱并上電；主控板、電源模塊采用主備冗余設計。
進一步地，部分完成重要功能的單板采用主備冗余設計。
進一步地，各單板的熱插拔和緩啟動電路采用雙通道熱插拔芯片設計，單板后端的上電和斷電依靠板選控制信號來控制。
進一步地，板選控制信號為高時，雙通道熱插拔控制芯片禁止工作；板選控制信號為低時，雙通道熱插拔控制芯片允許工作。
進一步地，板選控制信號通過背板接插件連到單板內，并在背板上接地。
進一步地，各單板都包括熱插拔狀態(tài)轉換電路，熱插拔狀態(tài)包括初始狀態(tài)，指單板插入機箱，單板的扳手還沒有合攏，熱插拔狀態(tài)指示燈亮；單板的扳手合攏狀態(tài)，指單板的扳手合攏，此時單板的檢測電路會檢測到扳手狀態(tài)變化，產生一個熱插拔中斷送給主控板；正常工作狀態(tài)，指主控板收到熱插拔中斷后，發(fā)現(xiàn)有新單板插入，開始初始化單板，分配資源，加載業(yè)務程序，并清除單板插拔狀態(tài)和熱插拔中斷，熱插拔狀態(tài)指示燈滅；扳手打開狀態(tài)，指當需要拔出某塊正在工作的單板時，首先要打開單板的扳手，此時單板的檢測電路檢測到扳手狀態(tài)變化，產生熱插拔中斷送給主控板；停止狀態(tài)，指主控板收到熱插拔中斷后，發(fā)現(xiàn)有單板要拔出，開始卸載資源，卸載業(yè)務程序后，主控板清除單板插拔狀態(tài)和熱插拔中斷，對單板后端進行斷電，熱插拔狀態(tài)指示燈亮，此時可以拔出單板。
進一步地，主控板與其它單板通信采用主備冗余設計，正常工作時采用以太網通信，RS485總線作為備用通信通道。
進一步地，主控板包含監(jiān)控電路，用于監(jiān)控單板和電源模塊，包括電源模塊監(jiān)測電路、單板心跳監(jiān)測電路、單板后端上電和斷電控制電路以及單板復位控制電路。
進一步地，主控板通過監(jiān)控電路檢測到單板上電后，開始計時，在規(guī)定時間內主控板和單板通信不成功，則主控板通過監(jiān)控電路復位該單板。
進一步地，主控板通過監(jiān)控電路對單板進行電源上電和斷電控制，若發(fā)現(xiàn)單板有故障，可以復位該單板，也可以對該單板后端斷電。
相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的單板與背板相連的信號沒有PCI總線，而是采用以太網信號和其它接口信號等，每塊單板都單獨采用熱插拔和緩啟動設計，上電時不依賴于主控板。本發(fā)明裝置操作簡單，維護方便，能大大提高系統(tǒng)的可用性，可以作為電信級設備使用，真正達到99.999％的高可用性。


圖1為本發(fā)明裝置的實施例結構框圖；圖2為本發(fā)明裝置的熱插拔和緩啟動電路框圖；圖3為本發(fā)明裝置的熱插拔狀態(tài)轉換電路框圖；圖4為本發(fā)明裝置的主控板監(jiān)控電路框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對技術方案的實施作進一步的詳細描述如圖1所示，本發(fā)明實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置的實施例包括機箱，用于置入主控板、單板和電源模塊；互為主備用的一對主控板，用于監(jiān)控功能單板，并提供后臺操作接口；互為主備用的一對電源模塊，用于為裝置內各單板集中供電；若干塊可以獨立插入機箱并上電的功能單板，即實現(xiàn)特定業(yè)務的單板或I/O接口板，本實施例以15塊功能單板為例。根據(jù)實際需要，其中部分完成重要功能的單板可采用主備冗余設計。主控板與其它單板通信采用主備冗余設計，正常工作時采用以太網通信，RS485總線作為備用通信通道。
圖2為功能單板實現(xiàn)熱插拔和緩啟動的電路原理，本發(fā)明所有單板均支持熱插拔和緩啟動，熱插拔和緩啟動電路采用5V和3.3V雙通道熱插拔芯片設計，單板后端的上電和斷電依靠板選控制信號來控制，板選控制信號為高時，雙通道熱插拔控制芯片禁止工作；板選控制信號為低時，雙通道熱插拔控制芯片允許工作。
板選控制信號通過背板接插件連到單板內，并在機箱背板上接地。背板和各單板均采用符合COMPACT PCI熱插拔規(guī)范的接插件，機箱背板與單板相連的接插件插針按長度分為3種長針，為電源引腳，插入單板時長針最早接觸單板，拔出單板時，最晚離開單板；中等長度針，為普通信號引腳；最短針為單板上電控制信號，也叫板選控制信號，每塊單板對應的背板槽位最短針只有一根，在背板上接地，插入單板時最短針最晚接觸單板，拔出單板時，最早離開單板。板選控制信號為高時，雙通道熱插拔控制芯片禁止工作；板選控制信號為低時，雙通道熱插拔控制芯片允許工作。
雙通道熱插拔控制芯片控制N溝道MOS管的工作，當板選控制信號為低且輸入電壓正常時，N溝道MOS管可以正常工作，雙通道熱插拔控制芯片的心跳信號為低，說明單板后端已經正常上電。圖2中的復位信號輸入為主控板來的復位信號，經過雙通道熱插拔控制芯片后輸出。
圖3所示為本發(fā)明中實現(xiàn)熱插拔的基本操作，即插拔單板的狀態(tài)轉換初始狀態(tài)為單板剛插上機箱，單板的扳手還沒有合攏，此時還沒有產生熱插拔中斷，熱插拔狀態(tài)指示燈亮。單板的扳手合攏后，單板的檢測電路檢測到扳手狀態(tài)變化，單板工作狀態(tài)轉變?yōu)榘馐趾蠑n狀態(tài)，單板插拔狀態(tài)改變，并產生一個熱插拔中斷送給主控板。主控板收到熱插拔中斷后，檢查熱插拔寄存器狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)有新單板插入，開始初始化單板，分配資源，加載業(yè)務程序，并清除單板插拔狀態(tài)和熱插拔中斷，此時單板工作狀態(tài)轉變?yōu)檎９ぷ鳡顟B(tài)，熱插拔狀態(tài)指示燈滅。當需要拔出某塊正在工作的單板時，首先要打開單板的扳手，此時單板的檢測電路檢測到扳手狀態(tài)變化，單板工作狀態(tài)由正常工作狀態(tài)轉變到扳手打開狀態(tài)，單板插拔狀態(tài)改變，并產生熱插拔中斷送給主控板。主控板收到熱插拔中斷后，檢查熱插拔寄存器狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)有單板要拔出，開始卸載資源，卸載業(yè)務程序以使本板拔出不影響系統(tǒng)正常工作。卸載完業(yè)務程序后，主控板清除單板插拔狀態(tài)和熱插拔中斷，單板工作狀態(tài)轉變到停止狀態(tài)，系統(tǒng)點亮熱插拔狀態(tài)指示燈，并斷開單板后端電源，此時可以拔出單板。各單板都含有熱插拔狀態(tài)轉換電路，熱插拔狀態(tài)轉換電路采用可編程器件實現(xiàn)。
如圖4所示，本發(fā)明裝置的主控板包含系統(tǒng)監(jiān)控電路，用于主控板對電源模塊和其它單板進行監(jiān)控，本實施例以主控板對15塊單板和2個電源模塊監(jiān)控為例。監(jiān)控電路包括電源模塊監(jiān)測電路、單板心跳監(jiān)測電路、單板后端上電和斷電控制電路以及單板復位控制電路等。
電源監(jiān)測電路主要是監(jiān)測電源的電壓是否正常，機箱風扇是否正常工作。系統(tǒng)正常工作時，有主備兩套電源，主用電源正常供電，備用電源隨時準備供電。當系統(tǒng)監(jiān)測到主用電源故障，如電壓不正?；蝻L扇停轉，以及電源檢修需要可以隨時中斷主用電源供電，同時備用電源自動啟用。
單板心跳監(jiān)測電路主要是監(jiān)測單板是否正常上電。主控板通過單板心跳監(jiān)測電路檢測到單板上電后，開始計時，在規(guī)定時間內主控板和單板通信不成功，則主控板通過單板復位控制電路復位該單板。
單板后端上電和斷電控制電路可以對單板進行上電和斷電控制，即控制雙通道熱插拔芯片的工作。主控板若發(fā)現(xiàn)單板有故障，可以復位該單板，也可以對該單板后端斷電。
單板復位控制電路可以對單板進行復位。
以上主控板的監(jiān)控電路用可編程器件實現(xiàn)。主控板的監(jiān)控功能可以使系統(tǒng)隨時隔離和恢復故障單板，大大提高系統(tǒng)維護的方便性和可用性。
以上描述的實施例是說明性的而不是限制性的，本發(fā)明的保護范圍以權利要求所記載的內容為準，任何在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所作出的變化和修改，都在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，包括至少一對主控板，至少一對電源模塊，若干單板；其中，各單板全部采用熱插拔和緩啟動設計，可以獨立插入機箱并上電；主控板、電源模塊采用主備冗余設計。
2.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，其特征在于，部分完成重要功能的單板采用主備冗余設計。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，其特征在于，各單板的熱插拔和緩啟動電路采用雙通道熱插拔芯片設計，單板后端的上電和斷電依靠板選控制信號來控制。
4.根據(jù)權利要求3所述的實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，其特征在于，板選控制信號為高時，雙通道熱插拔控制芯片禁止工作；板選控制信號為低時，雙通道熱插拔控制芯片允許工作。
5.根據(jù)權利要求4所述的實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，其特征在于，板選控制信號通過背板接插件連到單板內，并在背板上接地。
6.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，其特征在于，各單板都包括熱插拔狀態(tài)轉換電路，熱插拔狀態(tài)包括初始狀態(tài)，指單板插入機箱，單板的扳手還沒有合攏，熱插拔狀態(tài)指示燈亮；單板的扳手合攏狀態(tài)，指單板的扳手合攏，此時單板的檢測電路會檢測到扳手狀態(tài)變化，產生一個熱插拔中斷送給主控板；正常工作狀態(tài)，指主控板收到熱插拔中斷后，發(fā)現(xiàn)有新單板插入，開始初始化單板，分配資源，加載業(yè)務程序，并清除單板插拔狀態(tài)和熱插拔中斷，熱插拔狀態(tài)指示燈滅；扳手打開狀態(tài)，指當需要拔出某塊正在工作的單板時，首先要打開單板的扳手，此時單板的檢測電路檢測到扳手狀態(tài)變化，產生熱插拔中斷送給主控板；停止狀態(tài)，指主控板收到熱插拔中斷后，發(fā)現(xiàn)有單板要拔出，開始卸載資源，卸載業(yè)務程序后，主控板清除單板插拔狀態(tài)和熱插拔中斷，對單板后端進行斷電，熱插拔狀態(tài)指示燈亮，此時可以拔出單板。
7.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，其特征在于，主控板與其它單板通信采用主備冗余設計，正常工作時采用以太網通信，RS485總線作為備用通信通道。
8.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，其特征在于，主控板包含監(jiān)控電路，用于監(jiān)控單板和電源模塊，包括電源模塊監(jiān)測電路、單板心跳監(jiān)測電路、單板后端上電和斷電控制電路以及單板復位控制電路。
9.根據(jù)權利要求8所述的實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，其特征在于，主控板通過監(jiān)控電路檢測到單板上電后，開始計時，在規(guī)定時間內主控板和單板通信不成功，則主控板通過監(jiān)控電路復位該單板。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，其特征在于，主控板通過監(jiān)控電路對單板進行電源上電和斷電控制，若發(fā)現(xiàn)單板有故障，可以復位該單板，也可以對該單板后端斷電。
全文摘要
本發(fā)明提供一種實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的裝置，用于通訊領域和工業(yè)自動化領域，包括至少一對主控板，至少一對電源模塊，若干單板；其中，各單板全部采用熱插拔和緩啟動設計，可以獨立插入機箱并上電；主控板、電源模塊采用主備冗余設計。本發(fā)明裝置操作簡單，維護方便，能大大提高系統(tǒng)的可用性，可以作為電信級設備使用。
文檔編號H04B1/74GK1761167SQ20041006493
公開日2006年4月19日 申請日期2004年10月13日 優(yōu)先權日2004年10月13日
發(fā)明者劉培章, 李光年 申請人:中興通訊股份有限公司