雙機冷備計算機信號切換的設計與實(shí)現

0 引言
計算機是系統的核心部件，擔負著(zhù)控制、數據處理、通信等工作，高可靠性是對計算機最重要的要求之一；冗余技術(shù)就是在系統中設計二套或二套以上完成同一給定任務(wù)的設備的技術(shù)，當系統發(fā)生故障時(shí)，冗余配置的設備介入并承擔工作，由此縮短系統的故障時(shí)間，提高系統的可靠性。冗余設計可采取的方式多種多樣，按照冗余的程度可分為1：1冗余、1：2冗余等多種，按照工作方式分為熱備份冗余和冷備份冗余。雙機冗余冷備份為采用1：1系統級冷備份冗余方式，其設計相對簡(jiǎn)單、可靠性高。

1 系統實(shí)現原理
雙機冷備計算機系統由兩套獨立計算機(標識為A、B系統)組成，兩套計算機軟、硬件配置均相同，配置有CPU模塊、擴展模塊、電源(將外部+24V供電變換為+5V、+3．3v電源)。兩套計算機有獨立的加電開(kāi)關(guān)，各有一套I／O信號，例如：VGA接口、PS／2接口、網(wǎng)絡(luò )接口、USB接口等；通過(guò)加電開(kāi)關(guān)選擇任一套計算機工作，信號切換電路自動(dòng)識別選擇該計算機I／O接口對外提供，即將處于工作狀態(tài)的計算機的I／O信號接通對外連接，而此時(shí)另一套計算機不工作，處于冷備份狀態(tài)。當處于工作狀態(tài)的計算機(如A系統)發(fā)生故障時(shí)，即關(guān)閉A系統，啟動(dòng)B系統并通過(guò)信號切換電路將B系統對應的接口對外引出。
信號選擇與切換電路的設計是整個(gè)雙機冷備計算機系統設計的關(guān)鍵環(huán)節之一，也是關(guān)系到雙機冷備計算機系統可靠性的重點(diǎn)。本設計中，A、B系統信號切換功能是通過(guò)專(zhuān)門(mén)的信號切換模塊實(shí)現的，任一套計算機加電即可實(shí)現該系統的接口信號通過(guò)切換芯片對外引出；其具備的切換功能如下：
(1)支持VGA顯示信號2選1輸出；
(2)支持PS／2鍵盤(pán)信號2選1輸出；
(3)支持PS／2鼠標信號2選1輸出；
(4)支持USB信號2選1輸出；
(5)支持1553B總線(xiàn)信號2選1輸出；
(6)支持RS422串口信號2選1輸出；
(7)支持4路10M／100M自適應以太網(wǎng)交換端口。

2 硬件設計
2．1 電源選擇電路設計
信號切換模塊需將處于工作狀態(tài)的計算機的I／O信號接通對外連接。也就是說(shuō)，信號切換模塊上的各切換芯片工作電源由其中一個(gè)系統(A系統或B系統)的電源提供，再配合控制信號(如EN使能信號等)的控制即可實(shí)現切換芯片的信號切換。電源選擇電路實(shí)現的功能是要判斷A、B系統的通斷電狀態(tài)，并選擇上電系統的電源提供給切換芯片工作。
設計選用兩個(gè)桂林航天電子的電磁繼電器2JT5-2(額定負載為12V／5A)來(lái)完成，原理框圖如圖1所示。以電源模塊輸出的+5V電源為例，A系統的+5V電源輸出連線(xiàn)進(jìn)電磁繼電器的被控制端，同時(shí)也引線(xiàn)至電磁繼電器的控制端(即線(xiàn)包)；B系統的+5V電源連接方式同A系統。

電源選擇電路由A、B兩個(gè)系統電源供電，當其中一套計算機接收外部+24V供電，并通過(guò)電源模塊轉換為+5V輸出時(shí)，該路繼電器的控制端(即線(xiàn)包)達到動(dòng)作電壓，隨之被控制端閉合，即可將該+5V電源輸出至各個(gè)切換芯片。由于另一路繼電器斷開(kāi)，所以電源選擇電路的輸出電源不會(huì )影響另一路輸入電源，不會(huì )影響另個(gè)系統的狀態(tài)。