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          CPCI總線的冗余設計、故障切換和故障管理

          發布時間:2022/4/27


             可用性技術的目標就是通過硬件和軟件設計,使系統的宕機時間(Downtime 為最小。今天,大多數電信設備供應商都將高可用性作為一個主要的技術指標。電信設備要求系統每年的連續運行時間為99.999%,即每年宕機時間不超過5 15秒鐘。根據可用性的計算公式 Availability = MTBF / ( MTBF + MTTR ),給出下表。

          系統可用性示意表

          9's

          Availability

          Downtime/Year

          Examples

          1

          90.0%

          36 days 12 hours

          Personal clients

          2

          99.0%

          87 hours 36 minutes

          Entry-level businesses

          3

          99.9%

          8 hours 46 minutes

          ISPs, mainstream businesses

          4

          99.99%

          52 minutes 33 seconds

          Data centers

          5

          99.999%

          5 minutes 15 seconds

          Carrier-grade Telco, medical, banking

          6

          99.9999%

          31.5 seconds

          Military defense system, CG goal

              從技術的角度來看,PICMG發布的熱插拔規范只是預警機制,也就是當系統出現 故障時,通過一種方式通知操作員按照規定的程序,在不關機的條件下更換故障模板,使系統繼續運行。當然,在一定時間內,故障模板上的功能是不能工作的。但 高可用性系統必須具有故障自動檢測、診斷和排除故障能力,保證系統所有功能都正常連續運行。這就需要冗余設計(Redundancy)、自動故障切換 Failover)以及進行故障管理(Fault Management)。

              冗余設計的目的是為了消除單點故障(Single Point of Failure)。單點故障是指由于系統中一個部件出現故障而將導致整個系統大部分失效或完全失效的故障。這是高可用性系統所不允許的。冗余設計分為系統槽冗余、I/O冗余和整機冗余。

              系統槽冗余(Redundancy of System Slot, RSS),也稱為CPU板冗余。在傳統CPCI系統中,CPU板冗余主要有兩種方式,即主/主方式(Active/Active)和主/備方式 Active/Standby)。在主/主方式中,將系統分成2個獨立的段(Segment),每段一般6個插槽。每個CPU板管理一個段,兩個CPU 同時工作。當一個CPU板出現故障時,這個CPU板被隔離,由另一個CPU接管控制權來同時管理2個段,維持系統的正常運轉。在主/備方式(Active /Standby)中,在某一時間段,系統只有一個CPU工作。當一個CPU出現故障時,系統馬上切換到備份CPU板,由備份CPU板接管系統的控制權, 故障CPU板被迅速隔離。備份CPU板是處于熱備份狀態,還是處于冷備份狀態,需視具體情況而定。當然,冗余設計和多主系統設計是不能等同起來 的,多主系統可以實現負載均衡,但CPCI的冗余設計一般還不能。在CPCI系統中,CPU板與段之間的連接和故障切換需要通過PCI-to-PCI橋或 Switched PCI Fabric實現。

              I/O冗余(Peripheral Redundancy)。I/O模板的熱插拔功能可以縮短系統的MTTR,但卻不能防止系統出現宕機。為此,需要設計I/O冗余。I/O冗余一般采用主 /備機制,當主工作不正常時,在沒有人干預的情況下,自動切換到備份,由備份I/O板作為主I/O板,接替原主I/O板的工作。然后通知系統維護人員,更 換故障I/O,將系統恢復到冗余狀態。

              故障管理。為了將系統的宕機時間降到最短,系統還必須有完善的故障管理機制。故障管理一般分為5個階段或過程:

          ·故障檢測(Detection);

          ·故障診斷與定位(Diagnosis & Location);

          ·故障隔離(Isolation);

          ·故障切換(Failover);

          ·故障排除(Repair or Replacing)。

              當然,系統的高可用性硬件設計也只能保證硬件系統連續工作,但不能保證系統連續可 用,還需要高可用性系統管理軟件的支持。高可用性系統管理軟件一般分三個層次:底層硬件驅動程序,由硬件供應商提供;中間層是軟件中間件 middleware),對系統工作狀態進行檢測、實現硬件資源管理與切換,一般由第三方提供;最上層是系統應用管理軟件,對整個系統進行管理,保證信 息的正常流通和信息的完整性,一般由系統設備制造商針對特定應用自行研制。

              需要指出的是,多處理器技術(Multi-Processors, MPS)也是冗余設計中經常采用的技術之一,一般分為對稱多處理器(Symmetric Multi-Processor, SMP)系統以及非對稱多處理器(Asymmetric Multi-Processor, AMP)系統兩種。冗余設計也可以采用系統級冗余設計,如雙機冗余和三模冗余(Triple Modular Redundancy, TMR)等。


              上海高臨電子有限公司經過多年的積累和創新,我們已經自主研發了多種基于CPCI、PXI/PXIe、VPX等總線技術的19寸上架式計算機平臺,產品包括背板、機箱、電源、控制器以及國產化的飛騰主板,提供基于標準化及定制化產品的開發設計,向客戶提供符合行業標準的產品和服務。

              服務于客戶是我們的宗旨。關注客戶需求,滿足客戶需求,通過服務為客戶創造價值,是我們不懈的追求;通過快速反應、精益生產、專業服務,實現產品性能和價值最大化,同時將費用和復雜性降到最低。




          CPCI機箱,CPCI控制器,VPX背板,飛騰主板

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