一种快速可靠的主控冗余及切换机制的设计与实现

陆 琦，郝 波，周学勋

（中车株洲电力机车研究所有限公司， 湖南 株洲 412001）

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列车通信网络主要用于列车控制、状态监视、故障诊断、车载信息服务及视频监控等方面的数据传输，是保证列车行车安全与提升轨道交通服务质量水平的重要系统之一[1]。在机箱式结构列车通信网络系统中，主控板通过背板总线和IO子板进行数据交互，实现数据的收集、分析、处理以及控制指令发送的功能[2]；其作为整个系统的“大脑”，存在单点失效隐患，一旦发生故障，会引起整个系统失效甚至瘫痪，严重影响行车安全，因此可采用冗余主控板架构来提高系统的可靠性。两块主控板互相监测对方的状态，一旦工作中的主控板发生故障，备用主控板就能立刻接管整个系统的工作，实现快速无缝的切换[3-4]。虽然冗余主控板的架构可用来提高系统的可靠性，但如果冗余主控板之间缺乏一种合理的竞争以及切换机制的约束，反而会导致系统控制的混乱。因此，需要设计一种快速可靠的机制来保障系统运行的正确性和可靠性[5-6]。

目前比较常规的切换方法是两个互为冗余的处理器通过相应的协议进行互相监视，比如监视对方的心跳和状态等[7]。但这种方法有一定的弊端：CPU的任务受资源占用和调度优先级的影响，监视程序有失效的风险；实时性不强，如需要进行主备切换，切换时间过长，可能会出现短暂的系统紊乱现象。为了提高冗余系统的可靠性，本文提出一种基于可编程逻辑器件（complex programmable logic device，CPLD）实现主控冗余切换的机制，并进行了相关的通信协议和切换状态机的设计。……