[发明专利]一种控制器冗余及切换方法

权利要求书

1.一种控制器冗余及切换方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）主备控制器使用完全相同的硬件，通过控制器物理地址区分控制器A还是控制器B，奇地址为控制器A，偶地址为控制器B；

（2）在控制器A和控制器B之间设置硬件切换电路，所述切换电路由两对GPIO（通用输入输出）控制线组成，均可设置为输入或者输出型，每个IO控制线都自带上拉电阻，控制器A的四个IO依次设置为DO1、DI1、DO2、DI2,控制器B设置有与控制器A的上述四个IO对应连接的四个IO，依次为DI1、DO1、DI2、DO2；

（3）控制器A和/或控制器B分别实时检测本控制器的DI1和DI2电平状态，本控制器DI1上检测到低电平、脉冲信号、高电平三种状态分别表示对端控制器为备控制器、主控制器、断电状态，本控制器DI2上检测到低电平、脉冲信号、高电平三种状态分别表示对端控制器处于故障、正常、断电三种状态；

（4）主备控制器之间另通过一路专用的以太网进行数据通信，实现主备控制器之间信息和数据的交互，同时也作为硬件切换电路的备用方式，在硬件切换电路故障时承担主备仲裁的通道，数据通道交换的信息包含本机主/备、正常/故障、程序循环冗余校验CRC值、逻辑工程CRC值、配置CRC值等信息；

（5）根据步骤（3）和步骤（4）检测的控制器的主备状态以及控制器的故障、正常和断电状态，将控制器A和/或控制器B的运行状态总结为主机正常、主机故障、备机正常、备机故障、对端断电五种状态，对应0、1、2、3、4五种状态编码，控制器A和控制器B的状态编码组成一个二维状态矩阵。

（6）通过所述二维状态矩阵，通过状态机的方法实现主备的仲裁处理，主备控制器的切换遵守以下原则：正常状态的主控制器不能切换为故障状态的备用控制器；主控制器故障，而备控制器不可用，即断电或故障时，当前主控制器继续运行；主控制器故障，而备控制器正常，则将备控制器切换为主控制器；当控制器A和控制器B显示同时为备控制器并且都正常或者都故障时，则选择控制器A为主控制器；当控制器A和控制器B同时为主控制器并且都正常或者都故障时，则先进入当前主控制器状态的控制器继续为主控制器，另一个切换为备控制器。

（7）当本控制器为主控制器时，该控制器的DO1输出固定频率的脉冲信号，当本控制器为备控制器时，该控制器的DO1输出低电平；当本控制器运行正常时，该控制器的DO2输出固定频率的脉冲信号，本控制器故障时，该控制器的DO2输出低电平。

2.根据权利要求1所述的控制器冗余及切换方法，其特征在于：

在所述步骤（2）中，还进一步包括：在控制器A和控制器B启动时，根据AB机状态对切换电路所用的4个GPIO进行方向设置，如果本机是控制器A，则将4个GPIO依次初始化为DO、DI、DO、DI，如果本机是控制器B，则将4个IO依次初始化为DI、DO、DI、DO。

3.根据权利要求1所述的控制器冗余及切换方法，其特征在于：

在步骤（2）中，控制器A和控制器B之间对应的IO通过背板或者外部接线连接在一起。

4.根据权利要求1所述的控制器冗余及切换方法，其特征在于：

在步骤（3）中，当DI1和DI2同时为断电状态时判断对端控制器断电，当DI1或D2只有一个处于断电状态时判定为硬件切换电路故障。

5.根据权利要求1所述的控制器冗余及切换方法，其特征在于：

在步骤（4）中，以太网通过物理层协议进行，无需进行TCP/IP协议的解析。

6.根据权利要求1所述的控制器冗余及切换方法，其特征在于：

在步骤（4）中，硬件切换电路工作正常时，冗余数据通道只进行程序CRC值、逻辑工程CRC值、配置CRC值的比较，以及控制器主机对控制器备机的运行数据同步，当硬件切换电路故障时，控制器根据接收到的对端控制器主/备标志和正常/故障标志生成对端控制器的状态编码，与自身的状态编码组成一个二维状态矩阵，通过状态机的方法实现主备的仲裁处理。

7.根据权利要求1所述的控制器冗余及切换方法，其特征在于：

在步骤（5）中，状态矩阵中行下标表示本机状态编码，列下标表示对端状态编码，矩阵的元素为根据25种组合进行主备仲裁的函数指针，在状态机的处理函数中进行主备仲裁，处理结果为升为主机、降为备机、维持当前状态。