基于Nios軟核處理器的溫備份智能容錯系統設計方案

6)SDRAM控制器，用于連接片外64MB同步動(dòng)態(tài)隨機訪(fǎng)問(wèn)存儲器，以便于為程序提供運行環(huán)境。

7)UART0和UART1通過(guò)電平轉換芯片(MAX3232)轉換成RS-232電平以便與服務(wù)器通過(guò)串口通信。

8)WD Timer定時(shí)器，在這里作為看門(mén)狗定時(shí)器使用，以便提高仲裁器的可靠性，在仲裁器中運行的程序出現故障時(shí)，它給系統提供復位信號。

該系統是使用Quartus II進(jìn)行硬件設計的，用其中的SOPC Builder工具[4]進(jìn)行Avalon架構設計，圖3是仲裁器的Avalon架構的設計最終界面。由于篇幅有限，此處僅提供UART0、UART1和IDE硬盤(pán)相關(guān)的部分原理圖，如圖4所示。

圖3 SOPC Builder設計界面

圖4 部分原理圖

4.2 軟件設計思想

以上主要介紹了硬件部分的設計思想，下面簡(jiǎn)單描述一下軟件開(kāi)發(fā)的相關(guān)思想。該仲裁器的軟件開(kāi)發(fā)使用Nios IDE[6](Nios集成開(kāi)發(fā)環(huán)境)，主要包括如下模塊：

1)狀態(tài)獲取模塊：該模塊被Timer1定時(shí)器中斷例程定期調用，主要用于獲取服務(wù)器的當前狀態(tài)，其設計流程如圖5所示：

圖5 狀態(tài)獲取模塊流程

2)顯示模塊：用于輸出用戶(hù)關(guān)心的信息，如根據服務(wù)器的狀態(tài)用不同顏色點(diǎn)亮雙色發(fā)光二極管、顯示當前時(shí)間間隔等級以及控制蜂鳴器報警。

3)通訊模塊：主要用于與服務(wù)器進(jìn)行通訊，以便給服務(wù)器發(fā)送命令以及獲得工作服務(wù)器的同步信息并把同步信息寫(xiě)入硬盤(pán)中。

4)按鍵處理模塊：用于處理用戶(hù)按鍵，根據不同的按鍵進(jìn)行不同的控制，如：開(kāi)/關(guān)繼電器以及設置時(shí)間間隔等級。

5)硬盤(pán)訪(fǎng)問(wèn)模塊：用于提供對硬盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)操作的函數，以便需要操作硬盤(pán)的模塊調用。

6)讀寫(xiě)Flash的模塊：用于讀取/修改仲裁器的相關(guān)參數，如：各服務(wù)器運行時(shí)間，檢測服務(wù)器狀態(tài)的時(shí)間間隔等。

5 結 論

本文提出的軟硬件設計思想經(jīng)實(shí)踐證明是可行的，并且在實(shí)際的系統中工作良好。該思想可以進(jìn)一步推廣到多機容錯系統中。在多機系統中，我們在定制好各臺機器的工作計劃后，就可以利用本文提到的給每臺服務(wù)器一個(gè)計劃運行時(shí)間這一思想來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。另外，使用Nios軟核處理器，可以定制很多的UART口，這一點(diǎn)就遠遠優(yōu)于需要擴展串口電路的普通單片機，從而在硬件設計和軟件設計上大大降低了難度。

本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：1) 采用SOC(系統級芯片)設計出溫備份高速仲裁器。2) 將同步信息放到了仲裁器中。這樣，所有同步信息就不依賴(lài)于工作設備(如PC機)，所以即使工作設備出現故障也無(wú)妨，這樣就大大提高了系統的可靠性。3) 能夠對工作設備進(jìn)行計劃定制，傳統的溫備份仲裁器沒(méi)有這一功能。

參考文獻

[1] 王仲生.智能故障診斷與容錯控制[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005。

[2] 潘松，黃繼業(yè)，曾毓.SOPC技術(shù)實(shí)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005。

[3] 宋保維，系統可靠性設計與分析.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2000。

[4] Sylvain Poussier, Hassan Rabah, Serge Weber.SOPC-based Embedded Smart Strain Gage Sensor. Lecture Notes in Computer Science[J],2002,2438:1131-1132。

[5] 徐光輝，程東旭等.基于FPGA的嵌入式開(kāi)發(fā)與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006。

[6] 郭書(shū)軍，王玉花， 葛紉秋.嵌入式處理器原理及應用——Nios系統設計和C語(yǔ)言編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004。

[7] 沙占友，孟志永，王彥朋.單片機外圍電路設計(第2版)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006。

[8] 王俊卿，楊揚，劉慶文.基于NIOS軟核處理器的uClinux的移植[J].微計算機信息，2005，21-1：123-124。