基于双主机冗余的显示控制系统设计

0引言

随着航空电子设备的不断发展，对可靠性的要求越来越高。显示控制系统应用在航空电子控制系统中，主要完成数据通信、数据处理、图形显示和系统控制等功能，是人机交互的窗口，是重要的系统控制部件之一。由于显示控制系统的特殊功能地位，要求显示控制系统具有连续、稳定、可靠的工作特性。为了提高显示控制系统的可靠性，本文采用余度技术，即对系统进行双冗余设计来提高系统的可靠性、稳定性。

1冗余理论

冗余理论来源于自动控制系统可靠性研究，其核心内容是如何最大限度地提高系统的可靠性。自动控制系统是由许多元部件组成的，元部件的组合方式与系统可靠性有十分密切的关系，冗余设计就是在控制系统中增加备用的关键元部件，当系统发生故障时，控制系统通过故障控制策略启动备用部件，来保证系统的正常运行，避免了单点故障造成的系统部分或全部功能的失效。

但冗余设计也不是一味地增加备份部件，备份部件的增加一方面增加了系统的复杂度、控制的复杂度，另一方面也增加了系统成本、功耗、重量，而且冗余设计的不合理，也可能降低系统的可靠性。

2显示控制系统

2.1系统构成

显示控制系统的主要功能是完成数据通信、数据处理、图形显示和系统控制。系统构成包括：控制模块、I/O模块、A/D模块、电源模块、液晶显示器以及键盘。系统各模块的主要功能：控制模块是系统的控制中心，和I/O模块，A/D模块进行通信，并且完成数据的处理和系统控制，同时负责数据的显示和接收键盘指令完成相应的动作；I/O模块主要完成数据的处理和数据的通信功能；A/D模块主要完成数据的装换和数据的采集功能；电源模块主要完成电压的转换功能；液晶显示主要完成图形的显示功能；键盘主要完成用户按键指令的接收功能。

2.2双主机冗余设计

依据冗余理论，对显示控制系统进行了详细的分析，控制模块和I/O模块，A/D模块和显示器以及键盘都有交联关系，是系统的控制中心，属于系统的关键部件，因此控制模块也采用双余度设计来保证系统的可靠性。同时综合考虑系统的功耗、重量以及成本等因素，I/O模块、A/D模块、电源模块由于工作任务单一，交联关系简单，因此采用单余度设计。双主机冗余显示控制系统硬件架构如图1所示。

图1 双余度显示控制系统硬件结构

控制模块是整个显示控制系统的核心单元，绝大多数的控制任务都由它来完成。控制模块可以冗余配置，也可单模块工作。如果是冗余配置，一个模块作为主控模块，另一个作为备控模块；如果是单模块配置，不管是配置那一个通道的模块都作为主控模块工作。两个控制模块具有相同的硬件配置和运行同样的软件程序。

冗余配置的两块控制模块，一个运行在主控模式，另外一个运行在备控模式，它们是一个热备份的关系。它们都能访问I/O模块和A/D模块，但主控模式下的控制模块起着控制系统、图形显示、接收键盘指令等决定性的作用；备控模式下的控制模块执行诊断和监视主控模块状态的好坏，通过周期查询运行中的主控模块的状态并且实时接收主控模块发送的全部运行信息，但是它不输出图形信息，不接收键盘指令。备控模块实时保存最新的系统控制数据，以保证主/备切换的无缝连接。