媒體網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中的主備倒換設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

李春雨

(浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310053)

媒體網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中的主備倒換設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

李春雨

(浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310053)

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(dòng)升主，替代故障板。對(duì)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(cè)試，工作可靠。

媒體網(wǎng)關(guān);CPLD;主備倒換;熱交換；主控板；背板；

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。

圖1 主控板硬件框圖

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(hào)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(dòng)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(huì)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(hào)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(chǔ)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(zhǎng)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。

圖3 基于CPLD的主備倒換方案

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(chǔ)采用Flash機(jī)制，不需要從外部加載，啟動(dòng)時(shí)間為1 ms，因此使用CPLD倒換速度會(huì)大大提高。

但是在實(shí)際異常測(cè)試和振動(dòng)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(hào)沖突。經(jīng)分析，由于媒體網(wǎng)關(guān)上板卡多，信號(hào)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(dòng)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。

圖4 媒體網(wǎng)關(guān)上采用的一組AIRMAX連接器

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(cè)試和可靠性測(cè)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(duì)板主備指示信號(hào)(ACT_VS信號(hào))在連接器上的位置。

圖5 對(duì)板主備指示信號(hào)在背板連接器上的位置

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(hào)還沒斷開但是ACT_VS脫離等現(xiàn)象；單板插入時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)插穩(wěn)信號(hào)已接觸到而ACT_VS還沒有連接， 從而ACT_VS檢測(cè)不到，導(dǎo)致本板認(rèn)為對(duì)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(duì)板主備指示信號(hào)，靠近邊緣的連接器，輔助對(duì)板主備指示信號(hào)靠近插穩(wěn)信號(hào)，如圖6所示。

圖6 改進(jìn)方案增加一個(gè)備用主備指示信號(hào)

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。

圖7 改進(jìn)方案CPLD代碼流程圖

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(hào)主控板退出主用，31個(gè)時(shí)鐘周期后，奇槽位7號(hào)主控板退出主用，所以正常情況都是7號(hào)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(hào)槽位單板4個(gè)時(shí)鐘周期檢測(cè)不到對(duì)板送來的ACT_VS和ACT_VS_AID信號(hào)，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(hào)很多，各類信號(hào)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(hào)的情形，采用上述解決方案，進(jìn)行多次異常測(cè)試和振動(dòng)測(cè)試，未出現(xiàn)問題。

[1] 李潔,黃婷熙,潘濤濤. 高可靠性通信設(shè)備主備倒換軟件實(shí)現(xiàn)方法[J]. 電視技術(shù),2013，37(11):170-172.

[2] 張玉峰,孫知信. 基于熱備份的主備倒換在高端路由器中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2010，20(3):172-175,179.

[3] 譚宇,姚亞峰,陳登,等. 基于FPGA主備倒換的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電視技術(shù),2014，38(11):82-85，102.

[4] 李春雨,張麗霞. 利用CPLD提高FPGA加載速度[J]. 電子器件,2013,36(4):550-553.

[5] 李春雨.基于CPLD的FPGA從并快速加載方案[J].中興通訊技術(shù),2014,20(4)：57-59.

[6] 施世華，高西全,靳松杰,等.高可靠性通信設(shè)備的主備倒換設(shè)計(jì)[J].電子科技,2007(7)：47-50.

[7] Fleck Research.AirMax VS?Connector System[EB/OL].(2009-09-xx)[2016-07-19]http://www.fci.com/.

[8] 王靜霞.FPGA/CPLD應(yīng)用技術(shù)(Verilog語言版)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2011．

Standby design scheme in media gateway

Li Chunyu

(Zhejiang Institute of Mechanical & Electrical Engineering, Hangzhou 310053, China)

In the media gateway system based on mTCA architecture, hot backup is required between two pieces of main control board. When one main control board has fault, the other main control board automaticly works as active main board, and replaces the fault board. This article has carried on the analysis to the existing scheme of main standby switch, and improved the existing schemes. The scheme was passed in high and low temperature aging test. It is reliable.

media gateway; CPLD; active-standby switch; hot exchange；main control board；backplane

TN79

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.24.012

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.

2016-07-19)

李春雨(1976-)，女，碩士研究生，講師，主要研究方向：通信系統(tǒng)、電子設(shè)計(jì)、EDA設(shè)計(jì)。