李春雨
?。ㄕ憬瓩C(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310053)
摘要：在基于mTCA規(guī)范的媒體網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中，兩塊主控制板要求熱備份，當(dāng)一塊主控板故障時(shí)，另一塊主控板需自動升主，替代故障板。對現(xiàn)有的主備倒換方案進(jìn)行了分析，并改進(jìn)了現(xiàn)有方案，該方案通過高低溫老化測試，工作可靠。
關(guān)鍵詞：媒體網(wǎng)關(guān);CPLD;主備倒換;熱交換；主控板；背板；
中圖分類號：TN79文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2016.24.012
引用格式：李春雨. 媒體網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中的主備倒換設(shè)計(jì)改進(jìn)方案［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35（24）：40-41，49.
0引言
主控板是媒體網(wǎng)關(guān)中的大腦，管理和維護(hù)系統(tǒng)中的其他單板，與上位機(jī)通信，傳遞信令信息，要求全年無故障工作，主備倒換技術(shù)是提高通信設(shè)備可靠性的重要解決方案之一［1］，因此媒體網(wǎng)關(guān)中的主控板需要熱備份，當(dāng)一塊板故障后，另一塊備用板立刻升主，平滑切換。本文著重研究小型媒體網(wǎng)關(guān)中主控板的主備倒換。
1主控板的硬件設(shè)計(jì)
媒體網(wǎng)關(guān)中主控板管理其他業(yè)務(wù)板，加載其他業(yè)務(wù)板，分發(fā)時(shí)鐘，監(jiān)控風(fēng)扇板和電源板的狀態(tài)。主控板的框圖如圖1所示。
處理器采用RMI公司的XLS408，通過可編程邏輯器件接三個(gè)外設(shè)：(1)FPGA:主要實(shí)現(xiàn)32路智能管理總線，管理、監(jiān)控、加載業(yè)務(wù)板。(2)SA8000：該芯片是時(shí)鐘芯片，產(chǎn)生高精度的38.88 MHz時(shí)鐘。(3)SA586：該芯片是E1信號收發(fā)芯片。
鑒于主控板的重要地位，它要求全年無故障工作，需支持主備板熱備份。所謂熱備份，即媒體網(wǎng)關(guān)機(jī)框上電時(shí)，有兩塊電路結(jié)構(gòu)完全相同的主控板，根據(jù)所在的槽位是奇槽位還是偶槽位區(qū)分出主板和備板，完全啟動之后，業(yè)務(wù)都運(yùn)行在主板上，備板不參與業(yè)務(wù)控制，但主板會將自己保存的信息同步到備板上，這個(gè)過程稱為熱備份［2］。
2現(xiàn)有的主備倒換方案
方案1:基于FPGA的主備倒換方案［3］，該方案實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。
圖2基于FPGA的主備倒換方案該方案基于FPGA實(shí)現(xiàn)主備倒換邏輯，圖2所示6個(gè)信號通過背板實(shí)現(xiàn)本板和備用主控板的傳遞，在CPU控制下實(shí)現(xiàn)倒換，其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，但缺點(diǎn)是FPGA基于RAM結(jié)構(gòu)，每次上電FPGA代碼都要從一個(gè)外部存儲設(shè)備加載到內(nèi)部的RAM中［4］，系統(tǒng)上電時(shí)由控制器讀出配置數(shù)據(jù)再傳送給FPGA進(jìn)行配置［5］。這個(gè)配置過程和配置數(shù)據(jù)大小與配置時(shí)的加載時(shí)鐘關(guān)系很大，一般需要幾秒鐘甚至幾分鐘，延長了倒換時(shí)間。
方案2：基于CPLD的主備倒換方案［6］，該方案實(shí)現(xiàn)如圖3所示。
該方案用CPLD代替FPGA，可以解決FPGA加載慢的問題，CPLD內(nèi)部代碼存儲采用Flash機(jī)制，不需要從外部加載，啟動時(shí)間為1 ms，因此使用CPLD倒換速度會大大提高。
但是在實(shí)際異常測試和振動試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，該方案存在雙主的故障，即兩塊主控板同時(shí)作為有效的主用板工作，造成輸出信號沖突。經(jīng)分析，由于媒體網(wǎng)關(guān)上板卡多，信號多，高密度互連背板通常使用專用的連接器，如華為的UAP6600上主控板使用的背板連接器中用的FCI公司的AIRMAX連接器，而且要用圖4所示的7組連接器［7］，在產(chǎn)品的振動試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)雙主現(xiàn)象。因此上述基于CPLD的主備倒換方案也存在問題。
3改進(jìn)的主備倒換方案
3.1硬件改進(jìn)措施
基于異常測試和可靠性測試結(jié)果，下面分析方案2出現(xiàn)雙主的原因。
媒體網(wǎng)關(guān)上有多塊板卡插在背板上，主控板和背板的連接器采用圖4所示方案，7個(gè)54管腳的AIRMAX連接器壓接到背板上，圖5是對板主備指示信號(ACT_VS信號)在連接器上的位置。
由于壓接工藝的關(guān)系，存在連接器不平整、AIRMAX連接器沒有短針、單板拔出時(shí)插穩(wěn)信號還沒斷開但是ACT_VS脫離等現(xiàn)象；單板插入時(shí)，也會出現(xiàn)插穩(wěn)信號已接觸到而ACT_VS還沒有連接， 從而ACT_VS檢測不到，導(dǎo)致本板認(rèn)為對板已經(jīng)降備，因此本板升主，出現(xiàn)雙主現(xiàn)象。
改進(jìn)方案是：增加一個(gè)輔助對板主備指示信號，靠近邊緣的連接器，輔助對板主備指示信號靠近插穩(wěn)信號，如圖6所示。
3.2邏輯代碼改進(jìn)措施
機(jī)框上電后，兩塊主用板同時(shí)為主，但是偶槽位主控板在18個(gè)CPLD工作時(shí)鐘后就退出主用狀態(tài)，奇槽位主控板一直為主。CPLD內(nèi)代碼用Verilog［8］語言編程實(shí)現(xiàn)，程序流程圖如圖7所示。
3.3改進(jìn)方案的倒換時(shí)間計(jì)算
機(jī)框上電后，18個(gè)CPLD時(shí)鐘周期后，偶槽位8號主控板退出主用，31個(gè)時(shí)鐘周期后，奇槽位7號主控板退出主用，所以正常情況都是7號槽位的單板處于主用狀態(tài)。工作后，從圖7可以看出，如果8號槽位單板4個(gè)時(shí)鐘周期檢測不到對板送來的ACT_VS和ACT_VS_AID信號，則本板升主，如CPLD工作時(shí)鐘為15 ns,則倒換時(shí)間為4×CPLD CLK=4×15 ns=60 ns。
4結(jié)論
媒體網(wǎng)關(guān)上背板和主控板連接信號很多，各類信號超過350個(gè)，必須采用適合高密度背板的連接器，而連接器由于壓接工藝的問題，存在主用板接收不到ACT_VS信號的情形，采用上述解決方案，進(jìn)行多次異常測試和振動測試，未出現(xiàn)問題。
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