嵌入式双网冗余通信设计与实现

双网冗余系统的设计和实现的开题报告1. 研究背景在现代的信息技术和通信技术中，双网冗余系统是一种常见的设计方案。

它的主要目的是提高整个系统的可靠性和稳定性，确保系统在任何情况下都能够正常运行。

双网冗余系统可以分为主备式和并行式两种设计。

其中，主备式双网冗余系统是将主网和备网分别连接在两个不同的进出口上，当主网发生故障时自动切换至备网，保证整个系统的正常运行。

而并行式双网冗余系统则是将主网和备网同时运行，并使用智能算法进行数据的负载均衡和故障切换。

2. 研究内容本文将重点研究双网冗余系统的设计和实现。

具体内容包括：（1）双网冗余系统的原理和工作模式。

介绍双网冗余系统的基本原理和运行方式，包括主备式和并行式两种设计。

（2）双网冗余系统的设计方案。

对于双网冗余系统的设计方案进行详细的分析和比较，并从系统的可靠性、稳定性和可扩展性等多个方面进行评价。

（3）双网冗余系统的实现技术。

选择适合的技术方案，详细讲解双网冗余系统的实现方式和实现过程，包括硬件和软件两方面。

（4）双网冗余系统的测试。

设计实验，利用具体的实验数据对双网冗余系统的性能进行评估，检测双网冗余系统的可靠性和稳定性等关键参数。

3. 研究意义研究双网冗余系统的设计和实现，对于提高信息和通信系统的可靠性和稳定性具有重要的实用价值。

另外，通过对双网冗余系统的研究，可以提高我们的设计能力和技术水平，内容的研究有助于对系统设计的完整性和一致性有更好的理解。

4. 研究方法本文主要采用文献综述和实验方法进行研究。

文献综述主要是针对国内外相关领域的文献资料进行搜集和总结，系统地分析和比较了不同的双网冗余系统设计方案和实现技术。

实验方法则是运用具体实验数据进行分析和验证，对所设计的双网冗余系统进行性能测试和压力测试等。

5. 预期成果本文预期将设计和实现一个基于双网冗余系统的实验平台，通过对实验平台的性能测试，可以验证所设计的双网冗余系统的可靠性和稳定性，并得出实验数据。

关键字：嵌入式系统设计ARM FPGA多功能车辆总线Multifunction Vehicle Bus 在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展,嵌入式技术应用范围的急剧扩大.本文介绍了一种基于ARM和FPGA,从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus）MVB??B嵌入式系统的设计和实现。

系统设计和实现通常来说，一个嵌入式系统的开发过程如下:1.确定嵌入式系统的需求；2.设计系统的体系结构：选择处理器和相关外部设备，操作系统,开发平台以及软硬件的分割和总体系统集成；3.详细的软硬件设计和RTL代码、软件代码开发;4.软硬件的联调和集成；5.系统的测试。

一、步骤1：确定系统的需求：嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的,市场应用是嵌入式系统开发的导向和前提。

一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。

1、MVB总线简介列车通信网（Train Communication Network，简称TCN）是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准（IEC－61375-1), 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB）和多功能车厢总线（MVB）。

TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车电子中的地位。

多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。

附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它们都和 MVB总线相连，通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络.在MVB系统中，根据IEC－61375－1列车通信网标准， MVB总线有如下的一些特点：拓扑结构：MVB总线的结构遵循OSI模式,吸取了ISO的标准。

支持最多4095个设备，由一个中心总线管理器控制。

简单的传感器和智能站共存于同一总线上。

数据类型：MVB总线支持三种数据类型:a.过程数据：过程变量表示列车的状态，如速度、电机电流、操作员的命令。

嵌入式系统的冗余设计研究嵌入式系统是指嵌入到封闭系统中的小型计算机系统，包括硬件和软件部分，为特定应用而设计和优化。

随着嵌入式系统在电子、通信、交通等领域的广泛应用，嵌入式系统的可靠性和稳定性变得越来越重要。

而冗余设计作为提高嵌入式系统可靠性的一种重要手段，一直备受关注。

冗余设计的目的是通过增加系统硬件或软件的冗余度，使嵌入式系统在面临单个或多个故障时能够继续运行或快速恢复，同时也提高了系统对故障的自诊断能力。

冗余设计主要通过以下几种方式实现：1.硬件冗余：通过硬件电路的备份或冗余，提高系统的可靠性。

例如，采用双路热备插槽服务器、RAID磁盘阵列等。

2.软件冗余：通过软件程序的备份或冗余，提高系统的可靠性。

例如，采用备份系统镜像、主备切换等。

3.信号冗余：通过对信号进行冗余传输和校验，提高系统的可靠性。

例如，采用冗余传输通道、冗余校验机制等。

在实际的嵌入式系统中，冗余设计更多地采用硬件冗余的方式。

因为硬件冗余设计具有可靠性高、实现简单、成本低等优点。

例如，在飞行器、高铁、核电站等高可靠性要求的领域，通常采用双路热备插槽服务器、多点采样等硬件冗余手段。

而在一些低可靠性要求的领域，如家电、智能穿戴等，软件冗余和信号冗余等手段相对更常用。

除了基本的硬件和软件冗余设计外，还可以通过其他方式提高嵌入式系统的冗余性。

例如，采用错误检测与纠正技术、自适应容错控制策略等。

错误检测与纠正技术是指通过检测和纠正错误位，提高系统可靠性的技术。

自适应容错控制是指根据系统状态，自适应调整容错控制策略，以适应系统的不同工作环境。

然而，冗余设计并不是一种完美的解决方案。

冗余设计虽然可以提高嵌入式系统的可靠性，但是同时也带来了一些不可避免的问题，如增加成本、增大系统复杂度、可能会导致单点故障等。

因此，在进行冗余设计时，需要权衡系统要求和成本等方面因素。

总之，对于嵌入式系统的冗余设计问题，需要根据系统要求选择合适的冗余设计方式。

基于BF537构建双冗余以太网的设计方案随着信息技术的高速发展，网络通信显得越发重要，以太网成为了各种控制系统接口互联的主要媒介。

在金融机构、军事应用等特殊应用场合对网络系统的稳定性要求非常高，为了提高系统的可靠性和抗毁性，采用双冗余的设计方式。

双冗余网络实现是以故障检测为基础，通过软件检查、交换机及网络节点的网卡协同处理。

冗余网络的构建方式通常是在每个网络节点采用双网卡，中间用2个HUB或交换机相连。

这样当某个节点的一块网卡、网线或者HUB出现故障时，系统会启用另一块冗余网卡使得系统仍能够正常运行。

本文提出了两种基于BF537的冗余网络构建方案。

1 BF537的结构特点BF537是Blackfin家族的升级产品，其在标准Blackfin内核的基础上拥有丰富接口，并在内部集成有以太网MAC控制器。

Blackfin内核包含2个乘/累加器(MAC)，2个40位的ALU，4个视频专用8位ALU和1个40位移位器。

运算单元处理来自寄存器组的8、16或32位数据。

每个MAC每周期可完成一个16位×16位的乘法运算，并把结果累加到40位的累加器中，提供8位的精度扩展。

ALU单元执行标准的算术和逻辑运算，由于2个ALU具备对16或32位数据操作的能力，因此运算单元具备的灵活性可以满足各种应用中信号处理的要求。

每个32位的输入寄存器可以作为2个16位的寄存器，因此每个ALU可以完成非常灵活的单16位算术运算。

通过把寄存器当作2个16位的操作数使用，双16位或单32位操作可以在一个周期中完成。

更好地利用第2个ALU，4个16位操作可以简单地完成，加速了每个周期的吞吐量。

强大的40位移位器功能丰富，可以对数据进行移位、循环移位、归一化、提取和存储等操作。

运算单元所使用的数据来自具有16个16位操作数或8个32位操作数的寄存器组。

同时BF537把存储器视为统一的4 GB的地址空间，使用32位地址并采用分级的存储器结构。

2018年第5期 信息通信2018 (总第 185 期）INFORMATION&COMMUNICATIONS(Sum.No 185)基于PowerPC的嵌入式系统的双冗余网口切换技术张曼(中航工业计算所，陕西西安710068)摘要:Pow erPC处理器以其多样化功能和优异性能得到各领域广泛应用。

文章以powerpc8270为例，对嵌入式实 时操作系统V xW orks下配置多网卡通讯进行了研究和实现，并且着重阐述了双网卡保持同一 IP和M A C地址冗 余切换的方法。

同时，文中分析了 8270F C C在VxW orks操作系统下设备驱动程序在系统中的层次结构和网络设 备驱动程序的运行机制，并在此基础上针对DP83848Y B网络芯片给出了实现代码，此方法已经成功运用在某项 目中。

关键词:VxWorks;DP83848Y B;双网卡通信;冗余切换中图分类号:TP393 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2018 )05-0116-020引言MPC8270是Freescale公司的一款多功能通信处理器，集 成了 PowerPC内核和通信处理内核，有较髙的集成度和较低 的功耗，能够简化电路板的设计，被广泛应用于使用PC I接口 的网络基础结构、电讯和其他嵌入式应用等方面。

双网卡冗余备份及智能切换技术，主要是为了解决系统 中，当一路以太网卡出现故障时，系统通讯会突然中断的问题，为了使系统通讯不中断，使用双冗佘网卡智能切换技术自动 切换到另一路冗余网卡上，不仅可以保证通讯能够不中断，还 可以提髙系统的可靠性和稳定性。

1硬件组成及工作原理双冗余网卡设计在MPC8270的CPU板上,MPC8270提 供了两路以太网接口 FCC1和FCC2,MPC8270内部的FCCW 配置成ethemet模式后，实现以太网物理层数据处理和控制功 能即M AC层功能，来与外部物理层PH Y芯片DP83848连接，连接关系如图1所示。

嵌入式系统处理器、存储器存在受电磁干扰影响正常启动，系统可用性低问题。

本文从软件方面着手设计一套冗余方案，在不添加硬件成本的提前下提高系统可用性。

方案涉及看门狗保护启动阶段技术、U-Boot防串口干扰技术、U-Boot校验内核完整性和匹配技术、冗余双内核倒换技术、文件系统分区管理技术。

最后从多方面测试本方案的有效性，具有不错的应用前景。

1.引言嵌入式产品由于处理器、存储抗干扰能力不强，在高、低温下工作不稳定也可导致处理器跑飞。

业界嵌入式系统抗干扰和可靠性设计包括看门狗、指令冗余、数据校验、数模信号过滤（赵坤鹏，不依赖人重启。

看门狗定时器（Watchdog Timer ）是一个电子定时器，用于监测计算机故障并从中恢复，在正常运行期间，计算机重置看门狗定时器以防止它超时，俗称“喂狗”，如果由于硬件故障、程序错误，计算机无法重置看门狗，定时器产生超时信号，信号通常使计算机重启（罗丹，王会燃，基于9263的嵌入式测控系统看门狗技术研究：软件导刊，2015；王彬，李文新，李得天，刘礼，通过看门狗软件设计提高抗干扰能力的方法：计算机技术与发展，2012）。

本设计中也采用看门狗监测系统故障：U-Boot 启动后立即打开看门狗，设置2s 看门狗超时，要求U-Boot 在这2s 内完成将内核从存储设备载入内存；若处于U-Boot 命令模式则设置60s 看门狗超时，一种嵌入式系统高可用冗余方案桂林聚联科技有限公司 蔡爱华 吴梦龙 阳 韬图1 存储器分区吴龙胜，马徐瀚，等.一种基于矩阵的并行CRC 校验算法：电子设计工程，2017；伍伟杰，嵌入式系统软件可靠性和抗干扰技术：电子产品可靠性与环境试验，2006）。

本文提供一种系统组织方案保障系统可靠性、可恢复性，可绕过有缺陷的内核，应用程序丢失可升级。

本系统由看门狗和5个存储分区组成，5分区分别存储U-Boot 、第一内核、第二内核、只读文件系统第一分区、可读写文件系统第二分区，如图1所示。

组播及双冗余网络通信的设计与实现作者：李元哲朱永超来源：《现代信息科技》2017年第01期摘要：本文针对双冗余网络接口功能的实现问题，根据船用网络环境，确定了双冗余网络的主备工作模式。

根据网卡芯片架构及组播通信协议，对双网口的初始化、数据收发及网卡切换进行了分析和设计，并进行功能性能试验。

该方案满足了船用条件使用需求，具备良好的切换性能和稳定性，具备很好的实用价值。

关键词：双网卡；组播；双网冗余中图分类号：TN913.21 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2017）01-0063-03Abstract：This paper aiming at the realization of double redundancy network interface function，the main standby mode of dual redundancy network is determined according to the ship network environment.According to the network card chip architecture and multicast communication protocol，initialization，data transceiver and network switching of dual network is analyzed and designed，and the function of performance test.The scheme meets the requirements of ship conditions，has good switching performance and stability，and has good practical value.Keywords：dual network interface card；multicast；dual network redundancy目前的双网卡冗余网络的方案一般包括双机热备和一主一备两种方案，双机热备方案只能用于相互独立的双网，当连接在同一网段下会导致IP冲突问题，无法适应船上网络环境。