摘要：本文扼要了当今带专用检测转换电路的双机冗余系统存在的可靠性，提出了利用双机的串行口代替专用检测转换电路，通过串行通信相互检测主备机工作状态，由软件完成备机切换成主机的新型设计思想，为机在实时监控系统中的可靠性开辟新思路。
关键词：双机 冗余 软件 切换
1、引言
冗余技术是计算机系统可靠性设计中常用的一种技术，是提高计算机系统可靠性的最有效，同时也是鉴别各类计算机控制系统好坏的标志之一。故世界各地厂商推出的新产品都或多或少带有冗余技术。如美国的Honeywell、德国的西门子和日本的三武等，它们都有一个共同的特点，就是自己设计了专用检测转换电路来实现主备切换。本文提出一种新的构思，取消专用检测转换电路，采用一种高效、实用的软件冗余技术来完成双机切换。
2、冗余系统介绍
双机冗余包括CPU、扩展电路、电源和外设双备份的全系统冗余，不但可简化设计方案，还可大大地提高应用系统的可靠性。这种冗余系统具有如图1所示的典型硬件结构。
在图1所示的系统中，U1和U2单元的软硬件结构完全相同。如有必要，在设计各单元时，通过采用自诊断技术，软件陷井或Watch dog等系统自行恢复措施可使单元可靠性达到最大限度的提高。系统正常运行时，U1和U2中的一个单元处于正常工作状态（把该单元称为主机），完成应用功能，而另一个单元（备机）处于等待备用状态。当检测转换电路检测到主机不能正常工作时，自动启动备机进入正常运行状态，完成应用功能。此时，可对故障单元进行脱线维护，在排除其故障后，可使其联机进入等待备用状态。显然，这种冗余系统已大大提高了应用系统的可靠性，并基本保证了应用系统的不间断运行。但仔细分析，就会发现它存在以下不足之处：
① 系统存在可靠性瓶颈，当检测转换电路自身出现故障时，不能监视主备机状态，也无法完成主备机自动切换功能；
② 对于某些冗余系统，当备机需要实时保留主机之间的数据备份时，检测转换电路无法完成主备机之间的数据通信功能；
③ 由于需要设计检测转换电路，系统设计和实现复杂，引入了附加的不可靠因素。
3、改进设计方案
针对图1所示的双机冗余系统结构和缺点，笔者实现了一个简单高效、具有更高可靠性和主备机数据通信功能的改进设计方案。其基本设计思想是：不改变上述冗余系统的基本结构，但完全去掉专用的检测转换电路，利用主备机双方的串行口和软件相结合的方法，实现检测转换电路的功能和主备机之间的数据通信功能。在此改进的设计方案中，主备单元的硬件和软件结构完全相同，各单元的主备工作状态由上电顺序决定，先上电的一方自动进入主机工作状态，后上电者则进入备机状态。主机在其工作过程中除实现应用功能外，定期向备机发送反映其工作正常的状态数据，当需要备份的数据发生变化时，主机及时向备机发送已更新的数据。此外，主机也定期接收来自备机的状态数据，当发生接收超时时，主机认为备机已经发生故障，并通过本单元的显示装置向用户给出通知信号，以便及时对备机进行脱线维护。备机在其工作过程中不完成应用功能，但定期接收来自主机的状态数据，当发生接收超时，备机认为主机以经发生故障，自动切换进入主机工作状态，并通过本单元显示装置通知用户，以便对原主机单元进行脱线维护。此外，备机还自动接收来自主机的备份数据并进行存储备份。
4、软件模板
下面的软件模板给出了笔者已实现的双机冗余系统的软件框架，和系统实现密切相关的部分用语言简单描述，其余部分为Visual C 源代码，因此，这一软件模板很容易移植到相似结构的冗余系统中。
该软件模板以Visual C 进行程序设计，常量OK,REQ,ACK和NACK分别表示主备机工作状态正常，备份数据发送请求，肯定应答和否定应答信息的字符常量，MAIN,STANDBY分别是表示工作单元为主机或备机的常量标志。全局变量timeout用于设定以毫秒为单位的超时间隔，而Update,CpuStatus和Failure分别是表示备份数据是否更新，主备机状态和主备机是否发生故障的标志位变量。