【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及片上系統設計領域，尤其涉及一種具有冗余功能的片上系統及其控制方法。
技術介紹
1、在工業控制行業，plc（可編程邏輯控制器）、dcs（分布式控制系統）、運動控制器的使用非常廣泛，尤其是在一些重要的場景下（比如電力、交通、石化、核電等行業），對于這些控制器要求非常高，一般需要有冗余功能。冗余控制器的開發有特殊的設計要求，一般有網絡冗余、介質冗余、設備冗余等等，還需要對這些控制器的電源也做冗余設計。另一方面，隨著工業自動化水平的提升，越來越多的民用場景，也要求能夠有冗余功能，以降低設備的維護成本，比如二次供水等。上述的這類冗余要求，通常是需要進行冗余設計，即設計成兩套獨立的系統，并通過專用的算法以及選擇模塊進行實現，其研發難度非常大。
2、此外，在工業控制中，穩定性始終是放在第一關鍵位置，不管選擇哪種控制器，對控制過程中的數據穩定性、控制邏輯的可靠性或者是點位控制和通訊的穩定性都有比較高的要求，如果在控制過程中，因為干擾等原因導致過程數據異?；蛘遡o輸出邏輯出錯，那就會導致整個設備的異常，帶來不可預知的風險。一般這種可靠性設計，是基于整體的硬件電路來實現，開發者無法對控制器主控芯片本身進行可靠性的提升。
3、不管是上述哪種場景，這些控制器基本都采用通用mcu開發實現，比如arm架構或者x86架構的主控芯片，而這些主控芯片本身是沒有冗余功能的，對于其中的雙核或者多核系統，他們可以獨立運行，但是并不能實現類似數據冗余、io冗余等功能，而往往只是通過多核實現多種任務的并行執行，其中一個內核異常，其部分
4、在工業控制器中，一般會以組態形式進行編程，主要的任務類型有循環任務、中斷任務、定時任務，主要涉及到的數據主要有組態數據、io數據、內部數據、用戶數據、工作狀態數據、故障信息數據等，目前業內還沒有在芯片層面進行冗余設計的相關方法，而在單個控制器層面的數據冗余或io冗余，目前也沒有成熟的方案實際應用。
技術實現思路
1、本專利技術目的在于針對現有技術的不足，提出一種具有冗余功能的片上系統及其控制方法。
2、本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的：一種具有冗余功能的片上系統，該片上系統包括冗余模塊、選通模塊和多個主控模塊；
3、所述多個主控模塊互為獨立且執行相同的程序，包括主運行主控模塊和備用主控模塊；
4、所述冗余模塊包括冗余控制單元和數據冗余交互單元；所述冗余控制單元用于管理各個主控模塊中的數據并配置工作模式；所述數據冗余交互單元用于同步主運行主控模塊的數據；完成數據同步后，進行多個主控模塊的數據仲裁，將仲裁后的數據更新給其他備用主控模塊；若數據仲裁過程中，發現主運行主控模塊異常，則切換其他備用主控模塊為新的主運行主控模塊；
5、所述選通模塊用于選擇切換后的主運行主控模塊進行對外的輸入輸出。
6、進一步地，片上系統還包括gpio模塊、通訊模塊和從模塊，與多個主控模塊形成多個子系統，共用一套冗余模塊和選通模塊。
7、進一步地，所述冗余控制單元用于管理各個主控模塊中的數據，包括數據的判斷、數據的同步以及數據的交換。
8、進一步地，所述冗余控制單元配置冗余模塊的工作模式包括片內冗余模式、片外冗余模式和非冗余模式；所述片內冗余模式是基于主控模塊之間的切換和數據同步；所述片外冗余模式是將片上系統做成獨立的控制器，多個控制器通過對外數據冗余接口連接，實現控制器層面的冗余系統；所述非冗余模式不進行數據冗余交互和同步操作各個主控模塊按照獨立內核進行運行。
9、進一步地，片外冗余模式下，不僅單個控制器內部的片上系統會進行數據冗余和同步，冗余控制單元還會進行控制器層面的數據仲裁和數據交互、同步，實現雙重冗余。
10、進一步地，所述數據冗余交互單元的地址空間進行設置以形成不同功能的數據冗余交互單元，不同的數據冗余交互單元設置成不同的數據交互模式，包括實時同步模式、定時同步模式、觸發同步模式和被動同步模式。
11、進一步地，所述數據冗余交互單元劃分為組態數據區、io數據區、內部數據區、用戶數據區、工作狀態數據區和故障信息數據區；這些數據區的數據，根據冗余控制單元所配置的交互模式進行工作。
12、進一步地，所述冗余模塊通過檢測標志位進行錯誤檢測，在檢測到錯誤數據后，立即進行數據仲裁，并按照仲裁模式將數據更新到仲裁后的其他備用主控模塊中，并進行主控模塊的切換。
13、進一步地，所述選通模塊用于進行切換選通操作，選擇切換后的主運行主控模塊對應的gpio模塊和通訊模塊，進行對外的輸入輸出；并且實時監控各個gpio模塊和通訊模塊的狀態，當檢測到有gpio模塊或通訊模塊異常后，反饋到冗余控制單元中，以執行之后的切換操作。第二方面，本專利技術提供了一種具有冗余功能的片上系統的控制方法，該方法包括以下步驟：
14、（1）片上系統設置多個主控模塊，各個主控模塊互為獨立且執行相同的程序，包括主運行主控模塊和備用主控模塊；
15、（2）通過冗余控制單元管理各個主控模塊中的數據并配置工作模式，通過數據冗余交互單元同步主運行主控模塊的數據；完成數據同步后，進行多個主控模塊的數據仲裁，將仲裁后的數據更新給其他備用主控模塊；
16、（3）若數據仲裁過程中，發現主運行主控模塊異常，則切換其他備用主控模塊為新的主運行主控模塊；
17、（3）選擇切換后的主運行主控模塊進行對外的輸入輸出。
18、本專利技術的有益效果：本專利技術的能夠配置成片內冗余模式、片外冗余模式和非冗余模式，用戶只需要在主控模塊中將對應需要冗余、同步的數據放到指定的地址空間即可，不用再另行開發冗余算法，降低了開發工作量，當主運行主控模塊出現異常，可自動切換到備份主控模塊中，其中的運行數據、io狀態、通訊數據均能自動同步到備份主控模塊中。通過片內高速總線進行數據同步和更新，可大幅縮短數據同步、備份的周期，實現“無感”的主控切換，此外不同數據地址下的數據可設置成各自不同的同步模式，不僅能提升片內總線利用率，也能根據用戶需求實現自定義的數據備份模式，本專利技術能夠大大提升工業控制器的主控芯片的數據安全性、工作穩定性，降低控制器的故障率。
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1.一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，該片上系統包括冗余模塊、選通模塊和多個主控模塊；
2.根據權利要求1所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，片上系統還包括GPIO模塊、通訊模塊和從模塊，與多個主控模塊形成多個子系統，共用一套冗余模塊和選通模塊。
3.根據權利要求1所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，所述冗余控制單元用于管理各個主控模塊中的數據，包括數據的判斷、數據的同步以及數據的交換。
4.根據權利要求1所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，所述冗余控制單元配置冗余模塊的工作模式包括片內冗余模式、片外冗余模式和非冗余模式；所述片內冗余模式是基于主控模塊之間的切換和數據同步；所述片外冗余模式是將片上系統做成獨立的控制器，多個控制器通過對外數據冗余接口連接，實現控制器層面的冗余系統；所述非冗余模式不進行數據冗余交互和同步操作，各個主控模塊按照獨立內核進行運行。
5.根據權利要求4所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，片外冗余模式下，不僅單個控制器內部的片上系統會進行數據冗余和同步，冗余控制單元
6.根據權利要求1所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，所述數據冗余交互單元的地址空間進行設置以形成不同功能的數據冗余交互單元，不同的數據冗余交互單元設置成不同的數據交互模式，包括實時同步模式、定時同步模式、觸發同步模式和被動同步模式。
7.根據權利要求1所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，所述數據冗余交互單元劃分為組態數據區、IO數據區、內部數據區、用戶數據區、工作狀態數據區和故障信息數據區；這些數據區的數據，根據冗余控制單元所配置的交互模式進行工作。
8.根據權利要求1所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，所述冗余模塊通過檢測標志位進行錯誤檢測，在檢測到錯誤數據后，立即進行數據仲裁，并按照仲裁模式將數據更新到仲裁后的其他備用主控模塊中，并進行主控模塊的切換。
9.根據權利要求2所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，所述選通模塊用于進行切換選通操作，選擇切換后的主運行主控模塊對應的GPIO模塊和通訊模塊，進行對外的輸入輸出；并且實時監控各個GPIO模塊和通訊模塊的狀態，當檢測到有GPIO模塊或通訊模塊異常后，反饋到冗余控制單元中，以執行之后的切換操作。
10.一種基于權利要求1-9任一項所述具有冗余功能的片上系統的控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，該片上系統包括冗余模塊、選通模塊和多個主控模塊；
2.根據權利要求1所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，片上系統還包括gpio模塊、通訊模塊和從模塊，與多個主控模塊形成多個子系統，共用一套冗余模塊和選通模塊。
3.根據權利要求1所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，所述冗余控制單元用于管理各個主控模塊中的數據，包括數據的判斷、數據的同步以及數據的交換。
4.根據權利要求1所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，所述冗余控制單元配置冗余模塊的工作模式包括片內冗余模式、片外冗余模式和非冗余模式；所述片內冗余模式是基于主控模塊之間的切換和數據同步；所述片外冗余模式是將片上系統做成獨立的控制器，多個控制器通過對外數據冗余接口連接，實現控制器層面的冗余系統；所述非冗余模式不進行數據冗余交互和同步操作，各個主控模塊按照獨立內核進行運行。
5.根據權利要求4所述的一種具有冗余功能的片上系統，其特征在于，片外冗余模式下，不僅單個控制器內部的片上系統會進行數據冗余和同步，冗余控制單元還會進行控制器層面的數據仲裁和數據交互、同步，實現雙重冗余。
6.根據權利要求1所述的一種具有冗余功能的片...
【專利技術屬性】
技術研發人員：魏彬，張少強，傅正珂，樂曉嬌，仇云鵬，何超，賴鵬飛，
申請(專利權)人：寧波中控微電子有限公司，
類型：發明
國別省市：
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