專利名稱：移動通信系統中基于實時操作系統的處理器雙工裝置及方法
技術領域：
本發明涉及移動通信系統，尤其涉及在移動通信系統中使用實時操作系統(RTOS)的高速處理器板雙工裝置和方法。
一般來說，有兩種雙工方法同步雙工方法(熱備份)和異步雙工方法(溫或冷備份)。
在同步雙工方法中，活動設備和備份設備是通過微級副本(micro-level instance)、指令字副本或者程序進程副本而實現同步以同時進行操作的。因此，在出現錯誤時，同步雙工方法要盡快地進行恢復。
在移動通信交換機這樣的使用公用處理器的系統中，指令字副本的同步方法是難以接受的，因為其表現出嚴重的性能降低。同時，程序進程副本的同步方法也由于軟件載荷而使其性能降低，即使只是少許的降低。尤其是在使用并行處理操作系統的系統中，軟件的開銷和交疊將會變得更加嚴重。
在異步雙工方法中，備份處理器開始不運行，而當活動處理器出錯時，備份處理器開始執行之前由活動處理器所執行的操作。在執行異步雙工方法中至少有兩點需要注意在活動設備和備份設備中保持相同的存儲器數據(數據一致性)，以及迅速地切換備份設備進行正常的操作(持續操作)。
為了解決這些問題，在大多數的交換系統中，利用計數設備(備份設備)來反映工作中的活動設備中的數據變化。包括以消息的形式把活動設備中已變化的數據發送到備份設備的第一方法，以及將變化的數據同時寫入活動設備和備份設備的第二方法。在第一方法中，硬件性能的降低會減小，但是軟件開銷的問題比較嚴重。此外，伴隨著信息傳輸量的增加，這種開銷會急劇地增加。在第二方法中，軟件開銷會減小，但是性能的降低又會發生。
一般地，大多數第二代(2G)移動通信系統包括數字蜂窩網絡(DCN)、個人通信業務(PCS)和無線本地環路(WLL)，它們都采用第二種方法將發生變化的數據同時寫入活動設備和備份設備中。
尤其是在2G移動通信系統中，D信道通過兩個雙工處理器板之間的硬件進行連接，即活動板和備份板。同樣，由工作中的活動板的處理器訪問的本地存儲器的內容也能夠通過D信道實時地反映在備份板的存儲器中，而不使用軟件。由于當活動板的存儲器內容改變時，備份板的存儲器內容同樣地改變，所以活動板正常工作時可以保持活動板和備份板之間的存儲器同步。
當檢測到活動板出錯時，活動板把其控制權交給備份板。在這個過程中，程序計數器(PC)的信息和各個寄存器的內容被傳輸給備份板。備份板從活動板接收控制權后便開始執行先前由活動板執行的操作，或者當檢測到錯誤時正在進行的操作。
在根據同時寫入雙工方法的2G移動通信系統中的雙工處理器中，因為備份板的存儲器內容已經和活動板的存儲器內容一致，所以當活動板上出現錯誤時，備份板僅僅從活動板接管控制權來完成雙工切換操作。
但是，和2G移動通信系統不同，在2.5G和3G移動通信系統中使用的處理器比2G移動通信系統中使用的速度更快。因此，使用了具有更高級的中央處理單元(CPU)和時鐘速度的高速處理器。從而，這種系統在傳輸數據時對噪聲會很敏感，在讀/寫存儲器時可能會出現錯誤。因此，同時寫入方法并不適用于2.5G或3G移動通信系統。
在此引入以上的參考資料以幫助更好地理解附加或可選的細節、特征和/或技術背景。
本發明的另外一個目的在于提供一種移動通信系統中基于RTOS的處理器雙工裝置及方法，其中處理器級的雙工是采用普通VxWorks實時操作系統(RTOS)而實現的。
本發明的又一個目的在于提供一種移動通信系統中基于RTOS的處理器雙工裝置及其方法，其中在RTOS中不使用應用程序而實現處理器級的雙工，并且雙工是通過子結構(硬件和OS)來實現的，從而防止了應用軟件變得越來越大和越來越復雜。
為了實現本發明的這些和其它目的和優點，本發明提供了一種在移動通信系統中基于RTOS的處理器雙工裝置，所述裝置包括具有RTOS的活動板和備份板，其中RTOS檢測雙工切換請求并執行雙工切換。
本發明還提供了一種在移動通信系統中基于RTOS的處理器雙工裝置，所述裝置包括一個用于檢測錯誤出現的錯誤檢測模塊；一個用于分類和管理錯誤的錯誤管理模塊；一個用于管理整個雙工狀態和狀態轉換的雙工狀態管理模塊；一個錯誤恢復模塊，當被分類的錯誤需要雙工切換時，用于請求雙工切換并恢復錯誤；和一個實現與用戶的接口的接口模塊。
本發明還提供了一種在移動通信系統中基于RTOS的處理器雙工方法，檢測是否需要進行雙工切換，把活動板的存儲器轉儲到備份板的存儲器中，并且開始操作備份板，以繼續活動板的操作并復位活動板。
本發明的其它優點、目的和特征有一部分將在以下的說明書中進行闡述，有一部分則對于本領域的技術人員經過對以下內容的檢驗后會變得明了，或者通過本發明的實踐而體驗到。所附的權利要求書具體指出了本發明的目的和優點。


圖1示出了根據本發明一個實施例，在移動通信系統中基于RTOS的處理器雙工裝置的結構。該裝置包括第一板100、第二板200、以及連接在第一和第二板100和200之間，對應于雙工主通路的PCI總線225。
第一板包括第一處理器101和雙工操作以減少系統負載的第二處理器102；用于存儲系統操作所需的程序和數據的存儲單元104；PCI控制單元105，用于在雙工切換時通過直接訪問存儲單元104而把存儲單元104的內容轉儲到計數器板的存儲單元204中；以太網控制單元103，用于通過高速以太網信道150在第一和第二板之間傳輸數據；以及雙工控制單元106，用于防止第一板和第二板之間的存儲器訪問沖突。第一和第二處理器101和102由RTOS操作，在不使用應用軟件的情況下實現雙工。
當PCI總線在存儲器轉儲時出現錯誤或者當PCI控單元105處于異常狀態時，以太網控制單元103替換PCI總線作為高速以太網信道的性能。由于第二板200與第一板100具有同樣的結構，所以省略了對第二板的說明。
圖2說明了在移動通信中用于處理器雙工的實時操作系統(RTOS)的結構。RTOS包括錯誤檢測軟件模塊301(在下文中簡稱為“模塊”)，用于檢測是否出現錯誤；錯誤管理模塊302，用于分類和管理錯誤，以及雙工狀態和狀態轉換；錯誤恢復模塊304，用于通過合適的步驟恢復錯誤；以及接口模塊305，用于實現用戶人機對話(MMC)、外殼程序(shell)等的接口。錯誤恢復模塊304執行雙工切換的操作。錯誤檢測模塊301、錯誤管理模塊302、錯誤恢復模304和接口模塊305在雙工狀態管理模塊303的管理下相互連接而操作。RTOS優選地包括Wind River Systems公司的VxWorks。
在移動通信系統中操作雙工處理器時出現的嚴重錯誤大多為與硬件相關的中斷。這些中斷包括在操作該系統時出現的硬件錯誤而導致的中斷、各個板自檢失敗而導致的中斷等等。以下將解釋錯誤等級。錯誤等級分為三類嚴重的、較大的和較小的錯誤。嚴重錯誤是指出現了難以維持正常工作的狀態。比如，嚴重錯誤包括外界輸入和輸出(I/O)通訊的錯誤、所安裝設備的錯誤、或者是由于軟件錯誤而產生異常的情況。當這類錯誤發生時，利用雙工處理器來執行雙工切換以恢復錯誤。
較大錯誤包括根據統計數據而非一個常數，在單位時間中外界I/O錯誤量增加的情況、根據用戶請求而移除一個板的情況、外部連接電纜被斷開的情況、以及軟件存儲器不足的情況。在這種情況下，將執行重啟處理來恢復錯誤。
較小錯誤包括影響服務的I/O錯誤、軟件功能調用返回值的錯誤、以及分配存儲器時產生的錯誤。在這些情況下，存儲錯誤內容，并把錯誤通知給用戶。
RTOS的錯誤檢測模塊301檢測由中斷導致的錯誤，錯誤管理模塊302把檢測到的錯誤劃分為嚴重的、較大的和較小的錯誤。錯誤恢復模塊304對于較大的和較小的錯誤調用適當的恢復程序，對于嚴重的錯誤則請求雙工切換，或采取適當的步驟，如硬件更換。
在以上的步驟中，RTOS從雙工狀態管理模塊303中訪問雙工狀態管理信息，并立即將恢復結果反映在雙工狀態管理信息中。同時，用戶以錯誤消息的形式得到一個錯誤信息的通知，然后連續地收集和管理錯誤信息，以實現錯誤更新和收集統計信息。
雙工狀態管理模塊303確定進行活動操作還是備份操作，并執行雙工，直到RTOS完全地運行。然后，模塊303控制與切換相關的雙工狀態轉換，通過加載不同的軟件程序，根據雙工狀態的轉變，比如備份狀態，執行控制操作。同時，雙工狀態管理模塊303保持并更新所述控制所需的總體雙工狀態信息。
在雙工操作的移動通信系統中，當第一板100處于活動狀態時，如果活動處理器(第一處理器101或第二處理器102)的硬件出現了如斷電這樣的嚴重錯誤，則RTOS的錯誤恢復模塊304立即進行雙工切換操作，以不影響用戶當前正在執行的程序。
另外，在檢查活動處理器的硬件狀態時，活動處理器303的雙工狀態管理模塊把控制權移交給備份處理器，并把活動處理器轉換為備份狀態或者調試狀態。
圖3的流程圖表明了根據本發明的又一實施例，移動通信系統中的處理器雙工方法中所包含的步驟。本實施例中，活動板不訪問備份板的存儲器以實現存儲器同步，而是使用高速PCI總線把活動板存儲器中的內容轉儲到備份板中，然后在進行雙工切換時把控制權移交給備份板。因此，備份板可以連續地開始活動板的操作。
以下將解釋在第一板100處于活動狀態而第二板200處于備份狀態時的情況。當活動板100中出現錯誤時，活動板中的RTOS 301的錯誤檢測模塊檢測到錯誤。然后，錯誤管理模塊302對所檢測的錯誤進行分類，錯誤恢復模塊304確定已分類的錯誤是否需要進行雙工切換(S101)。這時，備份板200檢測活動板100中錯誤的出現情況。
如果出現了需要進行雙工切換的錯誤，那么錯誤恢復模塊304請求雙工切換。因此，活動板100的雙工控制單元106判斷安裝的備份板200是否處于正常狀態，然后將確定的結果報告給活動板100的RTOS(S102)。
如果備份板200處于非正常狀態，那么活動板100的RTOS通過以太網控制單元103命令進行重啟，以使備份板200處于正常狀態(S103)。
如果備份板200處于正常狀態，在錯誤恢復模塊304的命令控制下，PCI控制單元105直接訪問存儲單元104，而不使用第一和第二處理器101和102的應用軟件，并且通過PCI總線將存儲單元104的內容以較快的速率傳輸到備份板200中。然后備份板200將存儲單元104的內容高速地復制并傳輸給存儲單元204(S104)。此時，高速地復制存儲單元104中除固定數據區之外的可變數據區的內容。然后，PCI總線以33MHZ(例如)的操作速度將存儲單元104的內容傳輸給備份板200。當PCI總線出現錯誤而需要更換PCI總線時，以太網控制單元103使用高速以太網信道，快速地把存儲單元104的內容傳輸到備份板中。如果通過以太網控制單元103傳輸內容，則需要使用應用軟件。
當活動板100正常操作時，活動板100的RTOS不能在活動板和備份板的存儲單元104和204之間實現同步。如果活動板中產生了嚴重錯誤，那么活動板的RTOS把活動板存儲單元104上的內容備份到備份板的存儲單元204上，從而執行存儲器同步和雙工切換。
在存儲單元104的內容備份后，把程序計數器信息和各個寄存器的內容從活動板100傳輸到備份板200，這樣可以在不中斷服務的情況下正常地操作備份板200。如果存儲單元104的復制已經結束(S105)，則備份板接管活動板的控制權(S106)。同時，在執行雙工轉換時的存儲器轉儲操作需要一定的轉儲時間，以保持穩定性。
接下來，備份板200開始連續地執行活動板的操作，因此并不中斷用戶正在執行的對應于所連接的呼叫服務的程序。同時活動板被重啟(S107)。這樣，通過備份板不間斷地執行活動板的操作，可以實現處理器級的雙工。同時，在不需要應用軟件的情況下，由子結構(硬件或RTOS)就可實現雙工操作。
因此，根據本發明的在移動通信系統中基于RTOS的處理器雙工裝置及方法至少具有以下的優點。
第一，由子結構(硬件和OS)實現雙工，可無需應用軟件而實現處理器級的雙工。因此，可以減小應用軟件變大和變復雜。
第二，由于在活動板和備份板之間連接有高速PCI總線，并在進行雙工切換時利用該高速PCI總線把活動板存儲器的內容備份到備份板中而執行存儲器同步，所以可以在移動通信系統中使用高速處理器來實現基于RTOS的雙工裝置。
第三，當活動板處于正常狀態時，不執行存儲器同步操作。然而，當RTOS執行雙工切換時，把活動板的存儲器內容備份到備份板中，從而實現存儲器同步。因此，在活動操作期間就不需要附加的雙工處理，從而也有了更簡單的雙工RTOS算法。
上述的實施例和優點僅僅是示例性的，并不對本發明構成限制。本發明可以容易地應用于其它類型的裝置。本發明的說明書是用于進行說明，不限制權利要求的范圍。對于本領域的技術人員，很顯然可以有很多的替換、改進和變化。在權利要求書中，裝置加功能的語句旨在涵蓋實現所述功能的結構，其不僅包括結構的等同，也包括等同的結構。
權利要求
1.一種移動通信系統中的處理器雙工裝置，包括活動板；和備份板，其中所述的板具有實時操作系統(RTOS)，其檢測雙工切換操作的需求。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中RTOS包括用于檢測錯誤的錯誤檢測單元；用于對錯誤進行分類的錯誤管理單元；用于管理雙工狀態和狀態轉換的雙工狀態管理單元；錯誤恢復單元，當所分類的錯誤需要雙工切換時，通過執行雙工切換操作而恢復錯誤；和用于實現與用戶接口的接口單元。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中活動板和備份板分別包括用于加載RTOS的處理器，其無需應用軟件的干預而實現雙工操作；存儲單元，用于存儲系統運行所需的程序和數據中至少之一；PCI控制單元，用于在雙工切換時直接訪問自側板的存儲器，并把自側板的存儲器內容轉儲到對側板的存儲器中；以太網控制單元，用于通過以太網信道在自側板和對側板之間傳輸數據；和雙工控制單元，用于防止自側板和對側板之間的存儲器訪問沖突。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中在轉儲活動板存儲器的內容時，把包括程序計數器和至少一個寄存器的內容的信息傳輸到備份板。
5.根據權利要求3所述的裝置，其中當活動板的RTOS請求雙工切換時，活動板的PCI控制單元通過PCI總線把活動板存儲器的內容傳輸給備份板，并且執行備份操作。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中所述的存儲器內容包括存儲在可變數據區的數據。
7.一種在移動通信系統中操作處理器雙工裝置的RTOS，包括用于檢測錯誤的錯誤檢測單元；用于對錯誤進行分類的錯誤管理單元；用于管理雙工狀態和狀態轉換的雙工狀態管理單元；錯誤恢復單元，當已分類的錯誤需要雙工切換時，通過請求雙工切換而恢復錯誤；和用于實現用戶接口的接口單元。
8.一種移動通信系統中基于RTOS的處理器雙工方法包括檢測在活動板和備份板之間是否需要雙工切換操作；如果需要雙工切換操作，則把活動板的存儲器內容轉儲到備份板中；以及啟動備份板，以繼續活動板的操作，并復位活動板。
9.根據權利要求8所述的方法，其中當活動板正常操作時，不執行存儲器同步處理。
10.根據權利要求8所述的方法，其中在轉儲存儲器內容時，把包括程序計數器和寄存器內容中至少之一的信息傳輸給備份板。
11.根據權利要求8所述的方法，其中轉儲存儲器內容的步驟包括不使用處理器而直接訪問活動板的存儲器；使用高速PCI總線，把所訪問的存儲器內容傳輸給備份板；以及將所傳輸的內容復制到備份板的存儲器中。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所訪問的存儲器內容包括存儲在可變數據區的內容。
13.根據權利要求8所述的方法，進一步包括當檢測到雙工切換操作的需求時，確定備份板是否處于正常狀態；如果備份板不處于正常狀態，則命令備份板重啟；以及如果備份板處于正常狀態，則開始進行存儲器的轉儲。
全文摘要
一種不涉及應用軟件的應用于3G移動通信系統中的處理器雙工方法。在該方法中，實時操作系統(RTOS)檢測雙工操作的執行。當執行雙工切換操作時，RTOS和PCI控制單元將活動板的存儲器內容轉儲到備份板中，從而在活動板和備份板間實現存儲器同步。一旦雙工切換操作結束，則備份板接著開始執行活動板的操作。在該方法中，RTOS中不使用應用軟件而實現處理器級的雙工。相反，通過使用子結構(硬件和OS)來實現雙工。這樣，由應用軟件的龐大和復雜所產生的負擔將大大減小。
文檔編號H04L1/22GK1429037SQ02156969
公開日2003年7月9日 申請日期2002年12月24日 優先權日2001年12月24日
發明者崔祐榮 申請人:Lg電子株式會社