專利名稱：容錯數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種容錯數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
在設(shè)計用于例如監(jiān)視煉油設(shè)備儀器操作所用系統(tǒng)的關(guān)鍵場合的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的過程中，對于這種系統(tǒng)的基本要求就是能夠容錯。
為了保證單純的硬件故障不致引起整個系統(tǒng)的故障，在硬件中包含有冗余是已這知的。為此，已經(jīng)建議了一種備份數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，這樣，如果一個系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，另外一個系統(tǒng)仍然可以保持操作。利用這種備份系統(tǒng)的困難在于即使是在由所述兩個處理子系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)之間存在有差異，這種差異也不可能總是被清除掉，從而導致這兩個子系統(tǒng)中的某一個出現(xiàn)故障并將被置之不理。
為此，已經(jīng)公知了一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，所述硬件具有三個備份，并且，這三個相互獨立但完全相同的子系統(tǒng)的輸出被多數(shù)表決。本發(fā)明涉及到用于這種容錯數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的時鐘信號源。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)需要一個時鐘信號源，用于使該系統(tǒng)中發(fā)生的單個處理步驟同步。例如，如果一個運算單元被用于對存儲于兩個存儲單元中的值求和，然后將生成的結(jié)果存儲在另一個存儲單元中，所需要的單個步驟是首先將需要求和的值從存儲器傳輸給運算單元的輸入寄存器，從輸入寄存器中提取所述值，并在運算單元中進行運算，將運算結(jié)果傳輸給輸出寄存器，然后將這個結(jié)果從輸出寄存器傳輸給存儲器。這些步驟必須按順序進行，需要時鐘信號保證這些步驟的正確同步。
在具有三個并行操作的獨立子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)中，基本要求是它們的時鐘信號必須同步，否則在三個處理子系統(tǒng)的輸出之間將會出現(xiàn)簡單由于在它們之間的時滯而不是由于它們中間的任何一個出現(xiàn)故障而引起的差異。
如果一個處理子系統(tǒng)使用一個單一的時鐘信號源，那么，所有的處理子系統(tǒng)當然可以保持同步，但是，整個系統(tǒng)將不會容忍在所述單一時鐘信號源內(nèi)發(fā)生的故障。
因此，已經(jīng)有了如下建議，即提供三個分隔震蕩器，這三個分離震蕩器彼此相互耦合以便彼此相互鎖定這三個震蕩器的相位。但是，由于存在為了保持同步而試圖彼此改變所引起的所有三個震蕩器的不穩(wěn)定性的風險，這種解決方法沒有全部提供令人滿意的效果。
因此，本發(fā)明的目的就是要提供一種用于能夠穩(wěn)定地向三個獨立處理子系統(tǒng)提供時鐘信號的時鐘信號源，其中，所述信號源本身能夠容錯并能夠單獨地產(chǎn)生，同時能夠?qū)r鐘脈沖與所述三個處理子系統(tǒng)適當同步。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種時鐘信號源，用于將三個相互獨立的時鐘信號提供給三備份數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的三個處理子系統(tǒng)，所述信號源包括一個主基準震蕩器，一個相位被鎖定到所述主震蕩器但即便是所述主震蕩器出現(xiàn)故障也能夠作為獨立震蕩器工作的從屬基準震蕩器，和三個相互獨立的時鐘電路，其中的每一個時鐘電路都連接到主和從基準震蕩器上，每個時鐘電路都能夠檢測所述基準震蕩器的的故障，且當所述主和從基準震蕩器都起作用時，其相位被鎖定到主基準震蕩器的輸出信號上，而當一個基準震蕩器被檢測出故障時，其相位被鎖定到另一個基準震蕩器的輸出信號上。
在本發(fā)明中，當兩個基準震蕩器都起作用時，所有時鐘電路的相位都被鎖定到主震蕩器上，因此而保持同步。當所有的時鐘電路彼此之間相互獨立時，在任何一個時鐘電路中產(chǎn)生的故障都將只影響該時鐘電路自己，而另外兩個時鐘電路將繼續(xù)同步操作。
如果從基準震蕩器出現(xiàn)故障，那么，所述時鐘電路將發(fā)出一個警告，表示已經(jīng)檢測到一個故障，但是，由于這三個時鐘電路都是與主基準震蕩器同步操作的，所以，另外兩個時鐘電路將繼續(xù)同步操作。
如果主基準震蕩器發(fā)生故障，則從屬基準震蕩器的相位不再鎖定到所述從屬基準震蕩器，并且，從屬基準震蕩器還將繼續(xù)保持其獨立的功能。每個時鐘電路的相位都將被鎖定到從屬基準震蕩器并且所述時鐘電路將發(fā)出一個主基準震蕩器出現(xiàn)故障的警告。
為了使時鐘電路能夠檢測在多個基準震蕩器內(nèi)任何一個震蕩器中出現(xiàn)的故障，最好每個時鐘電路本身都包括一個本機震蕩器。在本機震蕩器的輸出信號和兩個基準震蕩器的輸出信號之間進行的比較將指出多個震蕩器中的一個是否沒有起震或是否以一個正確頻率的諧波震蕩，這是基準震蕩器的兩種通常故障模式。
在主基準震蕩器和從屬基準震蕩器都出現(xiàn)故障的情況下，三個相互獨立的時鐘電路不再同步操作，并且，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將以普通方式逐漸結(jié)束工作。
下面將參考附圖
對本發(fā)明做進一步的描述，其中，唯一的一張附圖示出了根據(jù)本發(fā)明最佳實施例的一個時鐘信號源。
附圖所示的時鐘信號源包括一個作為穩(wěn)定晶體震蕩器并通過相應分隔緩沖放大器(未示出)將同一個的基準信號提供給4個分隔輸出端的主基準震蕩器10。緩沖放大器保證在任何一個連接到所述主基準震蕩器10輸出端的電路之間沒有相互作用。
主基準震蕩器10的4個輸出端中的第一個輸出端被連接到從屬基準震蕩器12。從屬基準震蕩器12包括一個壓控晶體震蕩器12a，利用比較器12b將壓控震蕩器12a輸出信號的相位與從主基準震蕩器10接收的輸入信號的相位進行比較。比較器12b的輸出經(jīng)過低通濾波器12c提供給壓控震蕩器12a，從而使閉環(huán)負反饋鎖相環(huán)保證對震蕩器12a加以控制以使在所有時間內(nèi)與主基準震蕩器10彼此同步。
如果相位比較器12b出現(xiàn)故障從而從主基準震蕩器10處接收了一個信號，那么，壓控震蕩器12a將接收一個穩(wěn)定的d.c電壓，用于保持它的頻率處于從基準震蕩器12的正常頻率。
和主基準震蕩器10的輸出信號一樣，從屬基準震蕩器12的輸出也被經(jīng)過三個分隔緩沖放大器連接到三個時鐘電路14a、14b和14c上。
然后，時鐘電路14a-14c中的每一個都接收兩個基準信號，其中的一個來自主基準震蕩器10，而另一個來自從屬基準震蕩器12。在沒有故障的情況下，來自主基準震蕩器和從屬基準震蕩器的這兩個時鐘信號都存在并且彼此相互同步。如果從基準震蕩器12出現(xiàn)故障，那么，時鐘電路14a-14c中的每一個都只接收來自主基準震蕩器10的時鐘信號，相反，如果主基準震蕩器10出現(xiàn)故障，那么，從屬基準震蕩器12將產(chǎn)生同一額定頻率的一個時鐘信號。
以與另兩個時鐘電路14b和14c相同方式構(gòu)成的時鐘電路14a具有一個控制電路16，用于接收主和從屬基準時鐘信號并連接到本機震蕩器18。控制電路16只有在確定在主和從屬基準震蕩器10和12中是否出現(xiàn)故障時才使用本機震蕩器18。關(guān)于這些基準震蕩器10和12的三種可能狀態(tài)首先是它震蕩于正確的頻率之下，其次是它根本沒有震蕩，第三種狀態(tài)是它震蕩于所述正確頻率的諧波。通過將來自本機震蕩器18的信號頻率和自從屬基準震蕩器10和12接收的信號頻率進行比較，這三種狀態(tài)可以很容易地被彼此鑒別，這個功能是由控制電路16執(zhí)行的。如果基準震蕩器10和12都能夠正確的工作，那么，控制電路16使用主基準震蕩器10進行時鐘同步。如果基準震蕩器10和12中的一個出現(xiàn)了故障，那么，控制電路16將發(fā)出一個警告，并執(zhí)行和使用來自正?；鶞收鹗幤?0或12的信號進行時鐘同步。當兩個基準震蕩器10和12的輸出頻率與本機震蕩器18的輸出頻率匹配失調(diào)時，由于兩個基準震蕩器10和12都出現(xiàn)故障或本機震蕩器本身出現(xiàn)故障，時鐘電路14a將進入故障模式。
在一個或兩個基準震蕩器10和12中出現(xiàn)的故障分別由每個時鐘電路單獨指出。另一方面，在時鐘電路14a-14c中一個時鐘電路的任一部分中出現(xiàn)的故障將只影響那個時鐘電路。因此，除了在相互同意的情況下，允許不考慮出現(xiàn)在基準震蕩器10和12之中并來自時鐘電路14a-14c的警告。
控制電路16的輸出被施加到時鐘驅(qū)動電路20上，該驅(qū)動電路20產(chǎn)生與從時鐘電路14a相關(guān)的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)需要的各種時鐘信號C1kA1-C1kAn。
如果需要，驅(qū)動電路20可以包括一個分頻器，用于在其一個輸出端處產(chǎn)生較低時鐘頻率。如果需要高于主基準震蕩器頻率的頻率，時鐘驅(qū)動電路20可以包括一個震蕩器、一個分頻器和一個鎖相環(huán)，通過在鎖相環(huán)中將它的分頻輸出相位和來自控制電路信號的相位進行比較，所述震蕩器被鎖定到從控制電路16接收的信號的多級頻率上。利用這種方式，每個時鐘驅(qū)動電路都獨立地產(chǎn)生各種時鐘信號C1kA1-C1kAn，這些時鐘信號是它的相關(guān)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)所需要的。從上述最佳實施例的描述可以看到，本發(fā)明提供了三個相互獨立的時鐘信號源，由于這些時鐘信號分別與外部基準同步，所以，它們并不總是彼此相互同步。另外，由于外部基準本身也具有備份并且在檢測到故障的情況下能夠自動轉(zhuǎn)換到從屬或備用的基準上，所以，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠容許在時鐘源中(包括外部基準在內(nèi))的任何地方發(fā)生的故障。
權(quán)利要求
1.一種時鐘信號源，用于將三個相互獨立的時鐘信號提供給三備份數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的三個處理子系統(tǒng)，所述時鐘信號源源包括一個主基準震蕩器，一個相位被鎖定到所述主基準震蕩器但在所述主基準震蕩器出現(xiàn)故障時能夠作為獨立震蕩器進行工作的從屬基準震蕩器，和三個相互獨立的時鐘電路，其中的每一個時鐘電路都連接到所述主和從屬基準震蕩器上，每個時鐘電路都能夠檢測所述基準震蕩器的故障，且當所述主和從屬基準震蕩器都能夠正常工作時，其相位被鎖定到主基準震蕩器的輸出信號上，而當在一個基準震蕩器中檢測到故障時，其相位被鎖定到另一個基準震蕩器上。
2.如權(quán)利要求1所述的時鐘信號源，其特征在于，每個時鐘電路包括一個本機震蕩器和一個用于將來自所述本機震蕩器的信號和來自所述兩個基準震蕩器的信號進行比較以便確定在所述基準震蕩器中是否出現(xiàn)故障的裝置。
3.一種時鐘信號源，用于將三個相互獨立的時鐘信號提供給三備份數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的三個處理子系統(tǒng)，其配置結(jié)構(gòu)和工作方式基本上與參照附圖所示及描述的相同。
全文摘要
描述了一種將三個相互獨立的時鐘信號提供給三個備份數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中三個處理子系統(tǒng)的時鐘信號源。所述源包括一個主基準震蕩器10,一個相位被鎖定到主基準震蕩器10上的從屬基準震蕩器12和三個相互獨立的時鐘電路14a－14c。當它們能夠正常工作時,時鐘相位電路14的每一個的相位都被鎖定到主基準震蕩器10的輸出信號上,或者,如果在主基準震蕩器中檢測到故障時,所述時鐘電路14的每一個被鎖定到從屬基準震蕩器上。
文檔編號G06F11/18GK1175131SQ97109588
公開日1998年3月4日 申請日期1997年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月3日
發(fā)明者M·D·特賴爾, E·雷比·拉利 申請人:工業(yè)控制服務技術(shù)有限公司