基于 HR8P506 的雙 MCU 熱備份電源切換檢測要點(diǎn)

引言

在實(shí)際的系統(tǒng)應(yīng)用中，我們經(jīng)常會遇到對系統(tǒng)可靠性要求極高的場合，通常采用的解決辦法就是雙機(jī)熱備份。

原理：

在一個應(yīng)用中，我們需要對多路電源進(jìn)行切換控制，因為系統(tǒng)不允許掉電，所以對該切換控制的要求非常高。為了解決該問題，我們采取了雙 MCU 熱備份的方案。圖 1 是這個小系統(tǒng)的部分原理圖。

圖 1：雙 MCU 熱備份原理圖

原理說明：

1、圖 1 中，我們使用了兩顆 32 腳的 HR8P506FHLK 芯片。考慮到應(yīng)用中還需處理一些較復(fù)雜的信號，故選用這顆 32 位的 CORTEX M0 內(nèi)核的 MCU。

2、使用比較器對多路電源進(jìn)行檢測，比較器的輸出端連接到 MCU 的外中斷口上，通過外部中斷檢測比較器輸出端的電平變化，這個原理比較簡單，容易理解。

在實(shí)際應(yīng)用中，多路檢測部分有一個需注意的關(guān)鍵點(diǎn)：比較器產(chǎn)生的信號，分離成兩路，分別送到兩個 MCU， 這四路信號必須分別經(jīng)過電阻隔離才能接入 MCU 輸入端口，即圖 1 中的隔離電阻 R1、R7、R16、R17。

3、兩顆 MCU 的切換檢測控制是通過一組 UART 口和一個普通 IO 口實(shí)現(xiàn)的，如圖 1 中的 TXD1、RXD1和 PA23。

雙機(jī)切換檢測控制方法：

該如何裁定兩片 MCU 中的哪一片當(dāng)前應(yīng)該工作?秘訣在于使用了一組 UART 口和一個普通 IO 口。兩個 MCU 一個工作于主模式，一個工作于輔助模式。

當(dāng)系統(tǒng)正常時，工作于主模式的 MCU 承擔(dān)檢測和控制工作。但此時工作于輔助模式的 MCU 也同時在檢測輸入信號，并且做好了輸出控制的準(zhǔn)備，只是最后的輸出并沒有執(zhí)行。

運(yùn)行時，主模式的 MCU 會與輔助模式的 MCU 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，交換內(nèi)容至少包括：對輸入信號的檢測結(jié)果、輸出控制變量值、相關(guān)的運(yùn)算結(jié)果等等。

這樣，兩個 MCU 的信息會始終保持一致。

正常運(yùn)行時，除了有 UART 口的信息交換外，還有一個單獨(dú)的 IO 口互連，這個 IO 口的作用是輸出心跳信號，主模式的 MCU 運(yùn)行時，會定時輸出心跳信號，副模式的 MCU 會檢測這個信號。

心跳信號的輸出程序和檢測程序分別如下：

圖 3：心跳信號產(chǎn)生的程序

圖 4：心跳信號檢測的程序

當(dāng) UART 口通訊中斷時，這個心跳信號的輸出也會有相應(yīng)的變化，此時輔助模式 MCU 會檢測這個口的信號狀態(tài)變化，以確定主模式 MCU 是否正常工作，這個檢測過程 20ms 時間內(nèi)完成。

如果輔助模式 MCU 確定主 MCU 有異常，則接管檢測和控制工作，并且會告知用戶。

問題：

1)這樣的方式在實(shí)際應(yīng)用中，會不會出現(xiàn)誤判?

當(dāng)然會，即使我們采取再多的方法，誤判也無法避免。

2)如果出現(xiàn)誤判是不是會導(dǎo)致控制邏輯混亂呢?

當(dāng)然不會，因為輸出控制電路還有一套邏輯來保證系統(tǒng)工作的可靠性。

后記：

在實(shí)際應(yīng)用中，輸出控制電路的邏輯是如何處理的呢，這個問題留待下一次詳細(xì)解釋。為了提高系統(tǒng)可靠性和安全性，會有其他更好的方法和思路，歡迎交流探討。