[发明专利]一种基于心跳状态字的多机系统同步及可靠性检测方法

说明书

技术领域

本发明属于网络通信同步技术领域，特别涉及一种基于心跳状态字的多机系统同步及可靠性检测方法，具体说是一种双机或多机热备系统保持工作状态同步并提高可靠性的一种检测方法。

背景技术

心跳检测技术是系统同步及故障检测的关键技术之一，通过周期性地发送检测信息监测对方的状态，从而实现工作状态同步或故障检测。目前在多种网络环境、双机或多机热备系统中被广泛应用。

在一般网络通信应用中，心跳检测技术基于UDP、TCP/IP通信协议，通常用于检测网络中设备连接情况，或网络中、集群中、主备机系统中设备故障状况。常见的心跳检测流程为：由主机或主节点定时向被检设备、进程或其它网元发送简单的通讯包，如果在指定时间段内未收到对方响应，则判断对方工作异常。被检设备、进程或其它网元所回复的信息被称为“心跳包”或“心跳报文”。根据心跳检测内容的不同，网络传输中的心跳检测可分为但不限于：IP心跳、网管心跳、网关心跳、TDM（Time Division Multiplex，分时复用）心跳、端口认证心跳等。

已有网络通信中的心跳检测技术，虽然克服了网络中数据流量大、IP协议可靠性低等引起的心跳包丢失问题，但是由于硬件接口的特殊要求与基于特定传输协议的软件设计复杂性，使这类心跳检测技术存在较大局限性，不能适用于端口有限且数据处理能力有限的单片微型处理器MCU（简称“单片机”）系统。

而在双机或多机热备系统中，已有技术采用心跳脉冲的方式，用高低电平标志中央处理单元CPU故障状况。此心跳检测技术不仅在硬件接口方面具有较强的通用性和扩展性，而且软件工作量非常小，可适用于各类基于低端CPU、单片机等数据处理单元的双机或多机热备系统。但是由于航天领域应用的局限性，高低电平判断机制不仅无法标志系统正常工作时不同的工作状态，更对于空间辐射中单粒子翻转事件没有任何抵抗能力，因此在航天技术领域也存在很大局限性。

综上所述，在实现本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：

目前基于网络传输的心跳检测技术，由于硬件接口的特殊要求与基于特定传输协议的软件设计复杂性，对于数据处理能力有限的单片机系统并不适用，且很难嵌入单片机单循环式程序中；而普通脉冲式心跳检测技术在航天技术应用中，不仅无法标志系统正常工作时不同的工作状态，更对于空间辐射中单粒子翻转事件没有任何抵抗能力，不能直接应用于航天技术领域。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于心跳状态字的多机系统同步及可靠性检测方法，其特征在于，基于心跳状态字的多机系统同步及可靠性检测架构为多机系统的每两个系统间分别通过两根模拟时钟数据线，简称“时钟线”和两根“心跳状态字”数据传输线，简称“心跳线”，共4根数据线连接，并分别通过SPI接口与现场可编程门阵列连接，以构造时钟跳变的形式对“心跳状态字”进行串行传输；在双机或多机热备系统中，多机热备的单片机系统不分主从，互为备份系统，彼此间进行心跳检测并上报检测结果，以适用于航天应用领域中数据处理能力有限的单片机系统，并易于嵌入单片机单循环式程序中；包括如下步骤：

1）以“心跳状态字”的形式标志各系统不同的工作状态，并实现互为备份系统间的状态同步与检测工作；

2）当检测到对方系统发送的“心跳状态字”为已定义的“合法心跳状态字”时，程序将按照各种工作状态的优先级完成同步，或对对方系统工作状态进行标记；

3）当检测到对方系统发送的“心跳状态字”为未定义的“非法心跳状态字”，或规定时间内未收到对方系统的时钟跳变信息时，程序将对此可能失效的事件进行计数标记，直到累加到一定数量后则认为对方系统已经失效，并上报上位机处理；

4）为防止航天领域中单粒子翻转事件发生，定时T₁主动向对方单片机系统以“心跳状态字”形式发送心跳信息；令失效计数变量累加到N次后判定对方失效，且失效结果通过数据通道上报上位机处理系统；这里N为程序设计的失效判断最高累加系数，其数值根据程序设计的实际需求决定；