WDM定時器在冗余技術中的應用

　　0 引 言

　　本文將WDM 的定時器功能應用在冗余技術中，為系統的故障檢測和切換技術提供了一種解決方案， 并以雙冗余CAN 總線接口板為例測試本設計的可行性。

　　1 冗余技術

　　冗余技術有兩種方式: 工作冗余和后備冗余。工作冗余是對關鍵設備以雙重或三重的原則來重復配置， 這些設備同時處于工作運行狀態， 工作過程中若某一臺設備出現故障， 它會自動脫離系統， 但并不影響系統的正常工作。后備冗余方式是使一臺設備投入運行， 另一臺冗余設備處于熱備用狀態， 但不投入運行， 在線運行設備一旦出現故障， 后備設備立即投入運行。常用的冗余系統按其結構可分為并聯系統、備用系統和表決系統三種。最簡單的冗余設計是并聯裝置， 其他方法還有串并聯或并串聯混合裝置和多數表決裝置等。當某部分可靠性要求很高， 但目前的技術水平和方法很難滿足時， 冗余技術可能成為惟一較好的設計方法。但是冗余設計往往使系統的體積、重量、費用和復雜度均相應增加。因此， 除了重要的關鍵設備， 對于一般產品不宜采用冗余技術。

　　冗余配置雖然增加系統的投資， 但它提高了整個用戶系統的平均無故障時間( MTBF) ， 縮短了平均故障修復時間( MT TR) 。因此， 在重要場合的控制系統中， 冗余技術的采用可有效提高系統的可靠性。

　　一個冗余系統要工作通常是硬件與軟件的配合完成的。在硬件上需要有幾個相同的， 可獨立工作的設備。在軟件上來說， 就是在實現系統功能的同時， 要有錯誤檢測功能和動態切換功能， 并且要在盡可能短的時間內完成切換動作。下面以雙CAN 總線接口卡為例，主要從軟件方面詳述本后備冗余設計的實現細節。

　　2 硬件設計

　　CAN 控制器采用Philips 的SJA1000， 工作于BasicCAN 模式或PeliCAN 模式下， PeliCAN 模式支持CAN 2. 0B 協議， 采用8 位地址/ 數據復用總線接口。

　　如圖1 所示， PCI 總線雙CAN 接口卡由2 片SJA1000 提供兩路獨立的CAN 接口， 每片芯片的8 位地址/ 數據總線和讀寫控制信號、鎖存信號直接與PCI9052 相連。SJA1000 輸出信號經過光耦到CAN 收發器PCA82C250， PCA82C250 供電電源為隔離電源，由隔離電源轉換模塊提供。CAN 總線的復位信號由FPGA 提供， CAN 控制器SJA1000 的中斷信號輸出到FPGA。

　　圖1 CAN 冗余模塊系統結構圖。

　　3 軟件設計

　　3. 1 WDM 模式驅動程序

　　在Window s XP 操作系統中， 運行于用戶模式的應用程序訪問硬件資源是通過Win32 API 調用內核模式的驅動程序實現的。這種內核模式的驅動程序就是WDM(Window s Driver Model) 驅動程序， 它是微軟在Window s XP 操作系統中提出的新的驅動程序模式， 支持即插即用、電源管理和I/ O 管理等功能。圖2 是Window s XP 的系統結構。

　　如圖2 所示設備驅動程序是操作系統的一個組成部分， 它由I/ O 管理器( I/ O Manager ) 管理和調動。

　　I/ O管理器每收到一個來自用戶應用程序的請求就創建一個I/ O 請求包( IRP) 的數據結構， 并將其作為參數傳遞給驅動程序。驅動程序通過識別IRP 中的物理設備對象( PDO) 來區別是發送給哪一個設備。IRP 結構中存放請求的類型、用戶緩沖區的首地址、用戶請求數據的長度等信息。驅動程序處理完這個請求后， 在該結構中填入處理結果的有關信息， 調用IoCompleteRequest 將其返回給I/ O 管理器， 用戶應用程序的請求隨即返回。訪問硬件時， 驅動程序通過調用硬件抽象層的函數實現。

　　圖2 Windows XP 系統結構。