双机冷备计算机信号切换的设计与实现

0 引言
计算机是系统的核心部件，担负着控制、数据处理、通信等工作，高可靠性是对计算机最重要的要求之一；冗余技术就是在系统中设计二套或二套以上完成同一给定任务的设备的技术，当系统发生故障时，冗余配置的设备介入并承担工作，由此缩短系统的故障时间，提高系统的可靠性。冗余设计可采取的方式多种多样，按照冗余的程度可分为1：1冗余、1：2冗余等多种，按照工作方式分为热备份冗余和冷备份冗余。双机冗余冷备份为采用1：1系统级冷备份冗余方式，其设计相对简单、可靠性高。

1 系统实现原理
双机冷备计算机系统由两套独立计算机(标识为A、B系统)组成，两套计算机软、硬件配置均相同，配置有CPU模块、扩展模块、电源(将外部+24V供电变换为+5V、+3．3v电源)。两套计算机有独立的加电开关，各有一套I／O信号，例如：VGA接口、PS／2接口、网络接口、USB接口等；通过加电开关选择任一套计算机工作，信号切换电路自动识别选择该计算机I／O接口对外提供，即将处于工作状态的计算机的I／O信号接通对外连接，而此时另一套计算机不工作，处于冷备份状态。当处于工作状态的计算机(如A系统)发生故障时，即关闭A系统，启动B系统并通过信号切换电路将B系统对应的接口对外引出。
信号选择与切换电路的设计是整个双机冷备计算机系统设计的关键环节之一，也是关系到双机冷备计算机系统可靠性的重点。本设计中，A、B系统信号切换功能是通过专门的信号切换模块实现的，任一套计算机加电即可实现该系统的接口信号通过切换芯片对外引出；其具备的切换功能如下：
(1)支持VGA显示信号2选1输出；
(2)支持PS／2键盘信号2选1输出；
(3)支持PS／2鼠标信号2选1输出；
(4)支持USB信号2选1输出；
(5)支持1553B总线信号2选1输出；
(6)支持RS422串口信号2选1输出；
(7)支持4路10M／100M自适应以太网交换端口。

2 硬件设计
2．1 电源选择电路设计
信号切换模块需将处于工作状态的计算机的I／O信号接通对外连接。也就是说，信号切换模块上的各切换芯片工作电源由其中一个系统(A系统或B系统)的电源提供，再配合控制信号(如EN使能信号等)的控制即可实现切换芯片的信号切换。电源选择电路实现的功能是要判断A、B系统的通断电状态，并选择上电系统的电源提供给切换芯片工作。
设计选用两个桂林航天电子的电磁继电器2JT5-2(额定负载为12V／5A)来完成，原理框图如图1所示。以电源模块输出的+5V电源为例，A系统的+5V电源输出连线进电磁继电器的被控制端，同时也引线至电磁继电器的控制端(即线包)；B系统的+5V电源连接方式同A系统。

电源选择电路由A、B两个系统电源供电，当其中一套计算机接收外部+24V供电，并通过电源模块转换为+5V输出时，该路继电器的控制端(即线包)达到动作电压，随之被控制端闭合，即可将该+5V电源输出至各个切换芯片。由于另一路继电器断开，所以电源选择电路的输出电源不会影响另一路输入电源，不会影响另个系统的状态。