Пример бортовой вычислительной системы

Рассмотрим в качестве примера бортовую вычислительную систему [9] (рис. 31), разработанную на основе унифицированных устройств промышленной автоматики (процессоров MicroPC) с использованием следующих основных принципов:

- архитектура вычислительной системы является распределенной с резервированием аппаратными средствами;

- отказоустойчивый бортовой компьютер реализуется на основе MicroPC;

- встраиваемый в систему контроллер выполнен на СБИС микроконтроллера;

- объединение систем осуществляется через локальную сеть на базе интерфейса RS-485;

- используются индивидуальная конструктивная защита и стойкие комплектующие;

- вычисления автоматически возобновляются после сбоев;

- модифицированное программное обеспечение синхронизирует работу компьютера и встроенных контроллеров в рамках единого временного цикла.

Отказоустойчивый бортовой компьютер (рис. 32) компонуется из трех одинаковых комплектов, объединенных внутренней кабельной сетью, использующей встроенные каналы LPT. Каждый комплект состоит из процессорной платы, системного узла и узла питания.

В системном узле реализованы:

- мультиплексор каналов LPT для обеспечения обмена между комплектами;

- устройство поддержки отказоустойчивости;

- мультиплексор требований прерываний;

- устройство приема/выдачи сигналов системной синхронизации.

Узел питания включает:

- модули и преобразователи питания;

- фильтры и устройства защиты от короткого замыкания в нагрузке;

- датчики («питание в норме»).

Всеми комплектами, как пра­вило, выполняется одинаковая про­грамма, синхронизируемая по внешним синхросигналам, однако выдавать информацию в сеть або­нентам может только один из ком­плектов – ведущий. Остальные блокируются аппаратно. Выбор комплекта ведущим осуществля­ется системным программным обеспечением в результате:

- самотестирования;

- взаимного тестирования;

- обработки текущей информации;

- сохранности информации в ЗУ;

- оценки другими комплектами выдаваемой ведущим информации при «подслушивании»;

- сравнения информации, принятой разными комплектами;

- повторного просчета или просчета по другой программе.

Все перечисленные факторы влияют на формирование слова состояния отказоустойчивого компьютера и анализируются устройствами поддержки отказоустойчивости в каждом комплекте.

В случае обнаружения сбоев или отказов «ведущим» назначается другой комплект, а для отказавшего начинает выполняться программа реабилитации: восстановление хода вычислений, восстановление искажений в сис­темных или целевых программах, перезагрузка программ.

При обнаружении аварийной ситуации по питанию соответствующая схема защиты отключает его на несколько секунд, после чего автоматически делается попытка восстановления.

Целевые системы общаются с отказоустойчивым бортовым компьюте­ром (ОБК) и другими абонентами с помощью встраиваемых контроллеров и дублированных каналов (RS-485) обмена информацией. Каждый комплект может принимать информацию с двух других каналов, обеспечивая режим «подслушивания» для оценки достоверности. Выдавать информацию может только один – ведущий.

В процессе работы системы обеспечивается постоянное выполнение фоновых и технологических тестов.

Встраиваемый контроллер (рис. 33), в отличие от компьютера, не имеет развитой аппаратной поддержки отказоустойчивости, но устанавливается в полукомплект абонента сети, имеющего «холод­ный резерв». Вычисли­тельные возможности контроллера ориентиро­ваны на непо­средствен­ное управление аппара­турой абонента и рутин­ную первичную об­ра­ботку данных, т. е. ре­шают проблему согласо­вания с системами и раз­гружают ОБК от про­грамм жесткого реаль­ного вре­мени. Про­грамма записана в ПЗУ. Системное ПО контроллера включает только многозадачный мо­нитор, про­грамму межпро­цессорного обмена через канал RS-485, программы под­держки сети и тесты.