本發(fā)明屬于計算機(jī)，具體涉及一種ima系統(tǒng)主從機(jī)制實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、綜合模塊化航電(ima,integrated?modular?avionics)系統(tǒng)是一種集成化的模塊化航空電子系統(tǒng)，被廣泛用于現(xiàn)代飛機(jī)中。它將原本分散在飛機(jī)中各個子系統(tǒng)的電子設(shè)備整合到一個統(tǒng)一的平臺上，以提高系統(tǒng)的可靠性、靈活性和維護(hù)性。ima系統(tǒng)的核心思想是將不同的航空電子功能模塊化，并以標(biāo)準(zhǔn)化的方式進(jìn)行集成。每個功能模塊都具有自己的計算和通信能力，并通過高速數(shù)據(jù)總線進(jìn)行交互。這樣，各個模塊之間可以獨(dú)立開發(fā)、測試和更新，而不會相互干擾。同時，ima系統(tǒng)還提供了可靠的冗余機(jī)制，以確保系統(tǒng)在故障情況下的穩(wěn)定運(yùn)行。通過使用ima系統(tǒng)，飛機(jī)制造商可以減少飛機(jī)的重量和復(fù)雜性，提高飛機(jī)的靈活性和適應(yīng)性。此外，ima系統(tǒng)還支持軟件定義的功能，使飛機(jī)的功能可以根據(jù)需求進(jìn)行定制和擴(kuò)展，而無需進(jìn)行硬件更改，這為飛機(jī)的更新和升級提供了更便捷的方式。隨著ima技術(shù)的發(fā)展，分布式集成模塊化航電(dima,distributed-ima)開始在航電系統(tǒng)中應(yīng)用，基于總線技術(shù)，將一個ima系統(tǒng)分割成若干子ima系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間通過總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和系統(tǒng)交聯(lián)，能夠解決ima系統(tǒng)將所有計算資源集中與某區(qū)域的問題。圖1描述的是一個典型的dima平臺，其硬件架構(gòu)由一系列通用處理單元(gpu,general?processing?unit)和信號處理模塊(dspm，digital?signal?processing?module)組成，各處理模塊通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。dima系統(tǒng)使用多個處于同步收發(fā)信息和處理數(shù)據(jù)的熱備份狀態(tài)的功能模塊，當(dāng)主模塊故障時，需要進(jìn)行故障識別和故障隔離，然后通過仲裁啟用其中一個熱備份模塊接替原故障模塊繼續(xù)支撐系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)無縫切換，保障系統(tǒng)功能完成性，提高系統(tǒng)的可靠性。以兩臺互為熱備份的ima子系統(tǒng)為例，實(shí)際使用過程中，這兩臺ima子系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)主從機(jī)制，均正常工作時，其中一臺設(shè)備為主，另一臺為從。當(dāng)工作在主模式的設(shè)備發(fā)生故障時，工作在從模式的設(shè)備需要切換為主模式，完成預(yù)定的系統(tǒng)功能。如何確保系統(tǒng)能夠正確地工作在主從模式，并順利完成工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。

2、ima系統(tǒng)的主備切換一般需要依賴外圍的硬件環(huán)境，例如總線網(wǎng)絡(luò)的心跳信號、硬件信號等。僅使用心跳信號或者硬件信號的檢測機(jī)制存在可靠性不高的問題，以圖1為例，如果dpm1和dpm2只依賴于總線網(wǎng)絡(luò)的心跳信號，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)異常時，會導(dǎo)致dpm1和dpm2處于競爭狀態(tài)，同時切換為主工作模式，從而引發(fā)系統(tǒng)工作異常。依賴網(wǎng)絡(luò)心跳還意味著gpu1和gpu2之間的通信必須以交換機(jī)正常工作為前提，如果系統(tǒng)上電后交換機(jī)在gpu1和gpu2開始搶權(quán)之后才正常工作，則可能導(dǎo)致gpu1和gpu2主從切換機(jī)制失敗。依賴總線網(wǎng)絡(luò)還存在適配的問題，afdx網(wǎng)絡(luò)或者光纖通道網(wǎng)絡(luò)均需要針對網(wǎng)絡(luò)消息進(jìn)行定制，增加系統(tǒng)設(shè)計的協(xié)調(diào)難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決ima子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主從機(jī)制可靠性較低的問題，本發(fā)明提出了一種ima系統(tǒng)主從機(jī)制實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，分別在gpu1和gpu2設(shè)計兩路rs422電平接口，其中一路設(shè)計為離散量，另一路設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)rs422接口，用于兩個gpu應(yīng)用軟件之間的心跳信號收發(fā)。通過軟硬件配合的方式，綜合判斷離散量信號和標(biāo)準(zhǔn)rs422通信發(fā)送的心跳信號，實(shí)現(xiàn)ima系統(tǒng)主從切換功能，所述技術(shù)方案如下：

2、第一方面，提供一種ima系統(tǒng)主從機(jī)制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，包括：gpu1和gpu2，gpu1和gpu2通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)，并通過兩路rs422總線接口直連，一路設(shè)計為離散量，采用輸入端上拉，在無遠(yuǎn)端連接的情況下輸入邏輯“1”；另一路設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)rs422接口，用于兩個gpu應(yīng)用軟件之間的心跳信號收發(fā)。

3、第二方面，提供一種ima系統(tǒng)主從機(jī)制實(shí)現(xiàn)方法，用于第一方面所述的ima系統(tǒng)主從機(jī)制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，所述方法包括：

4、步驟1、gpu1和gpu2上電后，執(zhí)行搶權(quán)操作；

5、步驟2、進(jìn)入“從模式”狀態(tài)的gpu在檢測到主gpu進(jìn)入故障狀態(tài)后會切換到“主模式”；

6、步驟3、“進(jìn)入“主模式”狀態(tài)的gpu在出現(xiàn)故障后，觸發(fā)主從切換流程，進(jìn)入“從模式”工作狀態(tài)。

7、可選地，步驟1包括：

8、兩個gpu上電后均需要多次讀取離散量狀態(tài)并進(jìn)行判斷，以確定是否開始搶權(quán)：對于每個gpu，當(dāng)應(yīng)用軟件檢測到輸入的離散量為“0”時確定當(dāng)前系統(tǒng)已經(jīng)存在主控單元，則應(yīng)用軟件讀取rs422數(shù)據(jù)并判斷主控工作狀態(tài)；當(dāng)rs422數(shù)據(jù)符合預(yù)設(shè)條件時應(yīng)用軟件確定主控工作狀態(tài)正確，并控制本gpu直接轉(zhuǎn)入從模式工作狀態(tài)；否則，進(jìn)入搶權(quán)狀態(tài)；

9、根據(jù)預(yù)先定義的主從關(guān)系對兩個gpu的邏輯電路計數(shù)器分別設(shè)置不同的倒計時值，默認(rèn)主gpu的倒計時值mt小，默認(rèn)從gpu的倒計時值st大；

10、正常啟動后，默認(rèn)為主gpu的邏輯電路計時器首先清零，同時邏輯電路發(fā)送中斷指令到處理器，處理器分發(fā)相應(yīng)的中斷信息到應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件接收到該中斷信息時認(rèn)為本gpu已經(jīng)成功搶權(quán)到主控權(quán)，此時應(yīng)用軟件發(fā)送模式切換命令到邏輯電路，邏輯電路設(shè)置本gpu的工作模式為主模式，并設(shè)置rs422輸出的離散量為“0”，啟動主控權(quán)維護(hù)看門狗計時器；

11、作為主的gpu的應(yīng)用軟件通過rs422總線以32bit為單位，從0開始步進(jìn)為1發(fā)送本地心跳信息到對端的應(yīng)用軟件，以通知對端gpu本方已經(jīng)獲取到控制權(quán)；

12、默認(rèn)為從的gpu的邏輯電路檢測到輸入的離散量為“0”后，停止計數(shù)，并上報中斷指令到處理器，處理器設(shè)置本gpu的工作狀態(tài)為從模式，同時設(shè)置軟件工作模式為從，輸出離散量繼續(xù)保持為“1”，同時通過rs422接口周期發(fā)送本地心跳信息到主端gpu。

13、可選地，步驟2包括：

14、工作在“從模式”的gpu周期接收并判斷工作在“主模式”的gpu通過rs422總線發(fā)送的心跳信息以及輸入離散量狀態(tài)，以檢測主gpu控制權(quán)的維護(hù)以及運(yùn)行狀態(tài)是否正常；當(dāng)主gpu控制權(quán)的維護(hù)以及運(yùn)行狀態(tài)不正常，確定主gpu出現(xiàn)故障；當(dāng)主gpu出現(xiàn)故障后，無法正常喂狗導(dǎo)致看門狗超時后，會導(dǎo)致從gpu無法正常接收到rs422心跳信息并檢測到輸入的離散量為“1”；

15、工作在“從模式”的gpu根據(jù)rs422心跳信息以及離散量綜合判斷后切換到“主模式”工作狀態(tài)，設(shè)置rs422輸出的離散量為“0”，啟動主控權(quán)維護(hù)看門狗計時器，此時，工作在“從模式”的gpu變?yōu)橹鱣pu；

16、主gpu的應(yīng)用軟件進(jìn)入“主模式”工作狀態(tài)，通過rs422總線發(fā)送本地的心跳信息給另外一gpu。

17、可選地，步驟3包括：

18、工作在“主模式”的gpu通過rs422周期性輸出本gpu的心跳信息，并給底層邏輯電路喂狗，啟動主動權(quán)維護(hù)功能，保持輸出的離散量為“0”；當(dāng)工作在“主模式”的gpu出現(xiàn)故障后，無法正常周期性輸出rs422心跳信息，也無法正常喂狗；

19、工作在“主模式”的gpu的邏輯電路在看門狗超時后將輸出的離散量設(shè)置為“1”，并保持t秒，然后復(fù)位本gpu；

20、復(fù)位啟動后的gpu進(jìn)入初始上電狀態(tài)，重新進(jìn)入搶權(quán)模式；

21、復(fù)位啟動后，由于已經(jīng)存在工作在“主模式”的gpu，本gpu將切換為“從模式”工作狀態(tài)。

22、可選地，t等于1，保持1秒鐘是為了讓工作在“從模式”下的gpu有足夠的時間檢測到輸入的離散量為“1”。

23、可選地，st＝mt*3。

24、可選地，mt為1秒，st3為秒。

25、可選地，啟動主控權(quán)維護(hù)看門狗計時器時，時間為0.5秒。

26、本發(fā)明應(yīng)用于直升機(jī)ima系統(tǒng)主從切換，可滿足機(jī)載環(huán)境下對軟硬件應(yīng)用的高可靠性需求，由于采用了心跳信號結(jié)合離散量的雙保險機(jī)制，當(dāng)心跳信號通信線路或者離散量信號線路單獨(dú)發(fā)生故障時，能夠確保系統(tǒng)工作在預(yù)先設(shè)計的工作狀態(tài)下，不會破壞系統(tǒng)的主從工作機(jī)制。當(dāng)主模塊發(fā)生故障時，心跳信號無法正常發(fā)送，離散量信號會被設(shè)置為“1”，此時啟用熱備份模塊接替故障模塊繼續(xù)維持平臺功能，實(shí)現(xiàn)硬件模塊的無縫切換，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明完全滿足型號研制使用需求，是保證平臺功能完整性和提高平臺可靠性的基礎(chǔ)。