飞机电源汇流条功率控制器.doc

飞机电源汇流条功率控制器
双CPU热备份技术研究

黄仙密杨善水
南京航空航天大学

摘要：详细介绍了对某飞机电源汇流条功率控制器双CPU热备份技术的研究，着眼于具体的软件实现以及实验分析。介绍了整个系统硬件结构，分析了双CPU热备份软件如何实现运行基本同步，以及如何对故障进行裁决以实现不间断切换。最后分析了调试过程中得到的波形，结合高低温实验中出现的问题对整个系统软件作了进一步的优化。
关键词：双CPU热备份同步故障裁决不间断切换

ResearchofDualCPUReal-timeStandbyTechnique
forAirplane＇sBusPowerControlUnit

HuangXianmiYangShanshui

Abstract:TheresearchofdualCPUreal-timestandbytechniqueforairplane’sbuspowercontrolunithasbeenintroduceddetailinthispaper,whichfocusesonthecarryoutofsoftwareandanalysisofexperiment.Throughtheintroductionofthestructureofhardware,thispaperanalyzeshowtorealizethebasicallysynchronizationfordualCPUsoftwareprogress,andhowtorealizethefaultdiagnosesinordertoachievetheuninterruptedswitch.Atlast,thewholesystem’ssoftwarehasbeenimprovedduetotheanalysisofthewaveformsandtheproblemsoccurredduringthehightemperatureandlowtemperatureexperiments.
Keywords:dualCPUreal-timestandbysynchronizationfaultdiagnosesuninterruptedswitch

1引言
飞机电源汇流条功率控制器主要负责对汇流条供电进行控制和状态监测，在整个飞机电源控制系统中，处于中心地位，直接关系到整个电源系统的性能[1]，因此对控制器系统实时运行的可靠性提出了相当高的要求。本文研究的是对相对薄弱的CPU板进行硬件冗余，并采用热备份技术[2]。相对于冷备份的备件不通电，直至需要它替换主件时才开始工作的工作模式，热备份采用备件与主件同时工作，并随时准备替换主件的工作模式。主要的优点是中断正常工作的时间短，使故障后系统重组的时间尽可能的缩短，对外表现为不间断的正常运行，提高整个系统运行的可靠性[3，4]。实验证明，双CPU热备份技术可使控制器系统在主运行CPU板出现故障后快速切换到备份CPU板，使控制器系统不间断正常运行，达到了提高整个控制器系统实时运行可靠性的目的。
2双CPU热备份系统硬件结构
双CPU热备份系统的硬件主要由两块CPU板，两块电源板，输入输出板以及通过ARINC429总线通讯的第3故障裁决方组成。具体的硬件结构交连图如图1所示。

图1双CPU热备份系统硬件结构交连图
由硬件结构交连图可以看出，CPUA与CPUB同时连接到输入输出板，并同时通过ARINC429总线与第3故障裁决方进行通讯。在控制器系统运行过程中，只有作为主要运行板的CPUA拥有采集输入并输出的权利；CPUB处于热备份工作状态，与CPUA运行类似程序，但并不参与系统控制。在主要工作的CPU板出现故障后自动快速切换到备份工作板，以保证整个控制器系统对外能继续不间断正常工作。
3双CPU热备份系统软件同步工作时序
对整个系统软件同步工作的时序分析主要集中在程序初始化时。
由于CPUA与CPUB在初始化以及整个程序运行过程中都需进行自检测，以便系统能快速对故障进行自我定位。初始化时的自检测程序主要包括对自身AD转换通道，电源板以及输入输出板的检测。又CPUA与CPUB共用同一套输出输入接口电路，如果CPUA与CPUB同时向数据线写数据，并同时控制输入输出板，势必会造成系统工作紊乱，毁坏器件。因此初始化时先CPUB进行自检测，此时需使CPUA处于复位状态。CPUB自检测完毕后再恢复CPUA正常工作流程，以适当的软件延时程序使两CPU运行基本同步。
而过程中的自检测程序只检测自身AD转换通道以及电源板，因此不考虑是否需要复位CPUA板。整个系统总体程序运行流程如图2所示。
CPUA与CPUB上电后，运行初始化程序。CPUA马上进入5ms循环程序