一种双机热备切换器和双机热备切换方法

摘要

一种双机热备切换器，包括：切换信号处理模块、HV同步驱动模块、显示信号切换模块，操控单元切换模块，由切换信号处理模块来总控，控制显示信号切换模块将显示器与切换后的主机相连，控制HV同步驱动模块驱动切换后的显示信号与切换后主机输出相同步，控制操控单元切换模块使切换后的主机与操控装置相连，从而达到双机切换的目的；本发明的双机热备切换方法，保证其中一台运行STC值班员程序的计算机出现故障时，另一台及时接续无缝运行，大幅度提高STC值班员程序运行稳定性，保证列车的行车安全。

说明书

技术领域

本发明涉及列车安全控制及记录系统领域的双机热备切换器和双机热备切换方法。

背景技术

目前，接发列车安全控制及记录系统(即STC系统)是一种在火车站信号楼广泛使用的一种辅助列车接发人员办理接发列车流程，并确保行车安全的系统，STC系统稳定运行直接关系到车站接发列车工作的正常进行和列车的安全运行，由于STC系统是基于计算机的系统，由于计算机固有的特性，难免会出现网络或机器故障，导致系统无法正常运行，严重威胁行车安全，因此有必要对STC系统中最重要的部分：STC系统的服务器端(即STC值班员程序)的运行控制设计一种双机热备切换器及双机热备切换方法来提高其稳定行、可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种双机热备切换器，连接两台装有STC值班员程序的机器，主机出现故障时备机实时切换开始接着运行STC值班员程序，达到双机切换的目的；本发明还提供了一种双机热备切换方法，保证其中一台运行STC值班员程序的计算机出现故障时，另一台及时继续运行，大幅度提高STC值班员程序运行稳定性，保证列车的行车安全。

一种双机热备切换器，其中：包括切换信号处理模块、HV同步驱动模块、显示信号切换模块，操控单元切换模块，切换信号处理模块的A机切换信号输入端连接A机切换信号输出端，切换信号处理模块的B机切换信号输入端连接B机切换信号输出端；显示信号切换模块的A机视频信号输入端用于连接A机视频信号输出端，显示信号切换模块的B机视频信号输入端用于连接B机视频信号输出端，显示信号切换模块的切换控制端连接切换信号处理模块的视频切换信号输出端，显示信号切换模块的视频信号输出端用于连接显示器的视频信号输入端；HV同步驱动模块的控制信号输入端连接切换信号处理模块的同步控制输出端，HV同步驱动模块的A机、B机同步信号输入端分别连接显示信号切换模块的A机、B机同步信号输出端，HV同步驱动模块的信号输出端用于连接显示器的显示信号同步驱动端；操控单元切换模块的操控装置连接端用于连接操控装置，操控单元切换模块的A机连接端用于连接A机的操控装置连接端，操控单元切换模块的B机连接端用于连接B机的操控装置连接端，操控单元切换模块的切换控制端连接切换信号处理模块的操控装置切换控制信号输出端。

所述的双机热备切换器，其中：所述的切换信号处理模块包括切换驱动芯片、数据处理器，切换驱动芯片的A机切换信号输入端连接A机切换信号输出端，切换驱动芯片的B机切换信号输入端连接B机切换信号输出端，切换驱动芯片的信号输出端连接数据处理器的切换信号输入端；数据处理器的同步控制输出端连接HV同步驱动模块的控制信号输入端；数据处理器的视频切换信号输出端连接显示信号切换模块的切换控制端；数据处理器的操控装置切换控制信号输出端连接操控单元切换模块的切换控制端。

所述的双机热备切换器，其中：所述的显示信号切换模块包括A机显示信号连接插件、B机显示信号连接插件、显示信号切换芯片，其中，A机显示信号连接插件、B机显示信号连接插件的显示信号输入端分别用于连接A机显示信号输出端、B机显示信号输出端，A机显示信号连接插件、B机显示信号连接插件的视频信号输出端连接显示信号切换芯片的A机视频信号输入端、B机视频信号输入端，A机显示信号连接插件、B机显示信号连接插件的同步信号输出端分别连接HV同步驱动模块的A机、B机同步信号输入端，显示信号切换芯片的视频信号输出端用于连接显示器的视频信号输入端；显示信号切换芯片的切换控制端连接所述数据处理器的视频切换信号输出端。

所述的双机热备切换器，其中：所述的操控单元切换模块包括A机操控输入连接插件、B机操控输入连接插件、操控装置连接插件、切换器，其中，A机操控输入连接插件、B机操控输入连接插件分别用于插接A机、B机的操控单元连接端，A机操控输入连接插件、B机操控输入连接插件的连接端分别连接切换器的A机、B机接口，切换器的切换接口连接操控装置连接插件的连接端，操控装置连接插件用于连接操控装置，切换器的切换控制信号输入端连接所述数据处理器的操控装置切换控制信号输出端。

所述的双机热备切换器，其中：所述的HV同步驱动模块包括一HV同步驱动芯片，HV同步驱动芯片的控制信号输入端连接数据处理器的同步控制输出端，HV同步驱动模块的A机、B机同步信号输入端分别连接显示信号切换模块中A机显示信号连接插件、B机显示信号连接插件的同步信号输出端，HV同步驱动芯片的信号输出端用于连接显示器的显示信号同步驱动端。

一种双机热备切换方法，其中：包括如下步骤：

a)、双机热备切换器初始化，判断A机、B机的优先程度，选择优先级高的一个做为主机，另一个为备机，进入步骤b)；

b)、主机运行STC值班员程序，同时，主机检测自己的STC值班员程序运行情况，并把检测结果发送给备机；备机检测自己的STC是否运行，并将结果发送给主机；之后，进入步骤c)；

c)、若主机检测自己STC运行情况为正常，B机检测自己的STC值班员程序未启动，同时主、备机均接收到对方的检测结果，返回步骤b)；若主机在设定时间内接收不到备机的检测结果，同时主机检测自己的STC运行情况正常，则主机继续运行STC值班员程序，之后，返回步骤b)；若备机收到主机的检测结果为主机的STC值班员程序没有运行，则备机如确定自己的网络状态良好之后向主机发送请求执行STC值班员程序的命令，收到主机的同意回执后，备机启动自己的STC值班员程序，此时原备机变成新主机，原主机变成新备机，新主机根据新备机传来的最新信息接续执行STC值班员程序，进入步骤b)；若备机连续四次的设定时间内均未接收到主机的检测结果，则备机检测自己的网络状态，备机确定自己网络状态良好后启动自己的STC值班员程序，此时原备机变成新主机，原主机变成新备机，新主机根据新备机传来的最新信息接续执行STC值班员程序，进入步骤b)；若备机检测到自己的网络状态异常，返回步骤b)；若检测到双方都在运行STC值班员程序，判断A机、B机的优先程度，选择优先级高的一个做为主机，另一个为备机，进入步骤b)。

所述的双机热备切换方法，其中：双机中主、备机之间的界面信息的同步以及数据库信息的备份包括如下步骤：

1)、主机、备机数据库信息备份采用SQLServer作业模式，双机热备切换器定时检查主机中是否有新数据，如果有，备机将新数据下载到自己的数据库；

2)、主机将其当前STC界面信息以文本文件的形式保存起来，并传送到备机备份，主机向备机传送STC界面信息时同时采用下列两步骤：

21)、采取即时触发的方式：主机STC界面信息发生改变时，主机将改变后的界面信息保存到文本文件中，并将该文本文件传送到备机，替换备机原来的文件，确保备机的文件是最新的文本文件；

22)、采取定时的方式：每过一分钟主机将其保存的最新界面信息文本文件传送到备机。

所述的双机热备切换方法，其中：双机切换方法中显示器与切换后主机链接的方法包括如下步骤：

①、双机热备切换器判断是否收到主机启动STC值班员程序时发来的切换命令，若是进入步骤②，若否，执行步骤①；

②、双机热备切换器判断主机发来的切换命令是“视频端口、操控端口与计算机A连接”还是“视频端口、操控输入端口与B机连接”，若是“视频端口、操控端口与A机连接”，双机热备切换器的视频端口与A机的视频信号输出端口连接，双机热备切换器的操控信号输出端连接计算机A的操控信号输入端；若是“视频端口、操控端口与B机连接”，双机热备切换器的视频端口与B机的视频信号输出端口连接，双机热备切换器的操控信号输出端连接计算机B机的操控信号输入端。

所述的双机热备切换方法，其中：双机切换方法中切换后主机与STC客户端重连的方法如下：

STC客户端实时分别检测自己的A机通讯端、B机通讯端是否与A机、B机连通，若STC客户端的A机通讯端连通A机，STC客户端与A机进行通讯；若STC客户端的B机通讯端连通B机，STC客户端与A机进行通讯。

本发明采用上述技术方案将达到如下的技术效果：

本发明的双机热备切换器，由切换信号处理模块来总控，控制显示信号切换模块将显示器与切换后的主机相连，控制HV同步驱动模块驱动切换后的显示信号与切换后主机输出相同步，控制操控单元切换模块使切换后的主机与操控装置相连，从而达到双机切换的目的；本发明的双机热备切换方法，保证其中一台运行STC值班员程序的计算机出现故障时，另一台及时接续无缝运行，大幅度提高STC值班员程序运行稳定性，保证列车的行车安全。

附图说明

图1为本发明双机热备切换器的电路原理图；

图2为本发明双机热备切换器与外围设备的连接结构图；

图3为本发明双机热备切换方法的流程图；

图4为图3所示双机热备切换方法中接收对方请求后的处理流程图；

图5为检测到图3所示双机热备切换方法中双方都运行了STC值班员程序后的处理程序图。

具体实施方式

一种双机热备切换器，其中：包括切换信号处理模块、HV同步驱动模块、显示信号切换模块，操控单元切换模块，切换信号处理模块的A机切换信号输入端连接A机切换信号输出端，切换信号处理模块的B机切换信号输入端连接B机切换信号输出端；显示信号切换模块的A机视频信号输入端用于连接A机视频信号输出端，显示信号切换模块的B机视频信号输入端用于连接B机视频信号输出端，显示信号切换模块的切换控制端连接切换信号处理模块的视频切换信号输出端，显示信号切换模块的视频信号输出端用于连接显示器的视频信号输入端；HV同步驱动模块的控制信号输入端连接切换信号处理模块的同步控制输出端，HV同步驱动模块的A机、B机同步信号输入端分别连接显示信号切换模块的A机、B机同步信号输出端，HV同步驱动模块的信号输出端用于连接显示器的显示信号同步驱动端；操控单元切换模块的操控装置连接端用于连接操控装置，操控单元切换模块的A机连接端用于连接A机的操控装置连接端，操控单元切换模块的B机连接端用于连接B机的操控装置连接端，操控单元切换模块的切换控制端连接切换信号处理模块的操控装置切换控制信号输出端。见图2所示的双机热备切换器与外围设备的连接结构图，A机、B机分别接入网络，A机、B机之间还连接有交换机，A机、B机中的一台作为主机，运行STC值班员程序，另一台作为备机，备机与主机的更新一直保持同步，只有一台显示器和一套操控装置，双机热备切换器将显示器和操控装置与切换后的主机进行连接。

见图1所示，所述的切换信号处理模块包括切换驱动芯片U2(采用MAX3232)、数据处理器U1(ATMEGA16L)，A机的切换信号输出端通过接插件UART的1、3脚连接切换驱动芯片U2的A机切换信号输入端14、13脚，B机的切换信号输出端通过接插件UART的6、8脚连接切换驱动芯片U2的B机切换信号输入端7、8脚，切换驱动芯片U2的信号输出端10脚、11脚并联连接数据处理器U1的切换信号输入端9脚；数据处理器U1的视频切换控制端37脚连接HV同步驱动模块中HV同步驱动芯片U4(74HC253)的视频切换输入端14脚，数据处理器U1的使能输出端36脚经反相器U5：6反相处理后连接所述HV同步驱动芯片U4的使能输入端1和15脚；数据处理器U1的视频切换控制端37脚、使能输出端36脚分别连接显示信号切换模块中显示信号切换芯片U3(MAX4024)的切换控制端13脚、使能输入端11脚；数据处理器U1的操控装置切换控制信号输出端35连接操控单元切换模块的切换控制端。

所述的显示信号切换模块包括A机显示信号连接插件IN1、B机显示信号连接插件IN2、显示信号切换芯片U3，其中，A机显示信号连接插件IN1、B机显示信号连接插件IN2的显示信号输入端分别用于连接A机的显示信号输出端、B机的显示信号输出端，A机显示信号连接插件IN1、B机显示信号连接插件IN2的视频信号输出端连接显示信号切换芯片U3的A机视频信号输入端的1、2、3脚、B机视频信号输入端的5、6、7脚，A机显示连接插件同步信号输出端13、14脚、B机显示连接插件同步信号输出端13、14脚分别连接HV同步驱动芯片U3的A机同步信号输入端5、11脚、B机同步信号输入端6、10脚；显示信号切换芯片U3的视频信号输出端9、10、14脚用于连接显示器VGA-OUT的视频信号输入端1、2、3脚；显示信号切换芯片U3的切换控制端13脚、使能输入端11脚分别连接所述数据处理器U1的视频切换控制端37脚、使能输出端36脚。

所述的操控单元切换模块包括A机操控输入连接插件USB1、B机操控输入连接插件USB2、操控装置连接插件USB-OUT、切换器RL502(采用继电器ATX209，是一种四个接点四选二选通的继电器)，本实施例中，操控单元切换模块所连接的操控装置是鼠标，操控装置连接插件USB-OUT是与鼠标相匹配的连接插件，A机操控输入连接插件USB1、B机操控输入连接插件USB2分别与A机、B机的鼠标连接端口相匹配，其中，A机操控输入连接插件USB1、B机操控输入连接插件USB2分别用于插接A机、B机的鼠标连接插槽，A机操控输入连接插件USB1的2、3脚、B机操控输入连接插件USB2的8、9脚分别连接切换器RL502的A机接口对应的第一、第二接点(USB1D-、USB1D+)、B机接口对应的第三、第四接点(USB2D-、USB2D+)，切换器RL502的切换接口(即四选二接点的两个主选接头USBD+、USBD-)连接操控装置连接插件USB-OUT的连接端3、2脚，操控装置连接插件USB-OUT用于连接鼠标，切换器RL502的切换控制信号输入端(即继电器线圈的上电端)通过开关三极管Q501连接所述数据处理器U1的操控装置切换控制信号输出端35脚。

所述的HV同步驱动模块包括一HV同步驱动芯片U4(采用74HC253)，数据处理器U1的视频切换控制端37脚连接所述HV同步驱动芯片U4的视频切换输入端14脚，数据处理器U1的使能输出端36脚经反相器U5：6反相处理后连接所述HV同步驱动芯片U4的使能输入端1和15脚；所述显示信号切换模块中的A机显示连接插件同步信号输出端13、14脚、B机显示连接插件同步信号输出端13、14脚分别连接HV同步驱动芯片U3的A机同步信号输入端5、11脚、B机同步信号输入端6、10脚。

一种双机热备切换方法，如图3所示的流程图，具体包括如下步骤：

a)、双机热备切换器初始化，判断A机、B机的优先程度，选择优先级高的一个做为主机，另一个为备机，进入步骤b)；

b)、主机运行STC值班员程序，同时，主机检测自己的STC值班员程序运行情况，并把检测结果发送给备机；备机检测自己的STC是否运行，并将结果发送给主机；之后，进入步骤c)；

c)、若主机检测自己STC运行情况为正常，B机检测自己的STC值班员程序未启动，同时主、备机均接收到对方的检测结果，返回步骤b)；若主机在设定时间内接收不到备机的检测结果，同时主机检测自己的STC运行情况正常，则主机继续运行STC值班员程序，之后，返回步骤b)；若备机收到主机的检测结果为主机的STC值班员程序没有运行，则备机如确定自己的网络状态良好之后向主机发送请求执行STC值班员程序的命令，收到主机的同意回执后，备机启动自己的STC值班员程序，此时原备机变成新主机，原主机变成新备机，新主机根据新备机传来的最新信息接续执行STC值班员程序，进入步骤b)；若备机连续四次的设定时间内均未接收到主机的检测结果，则备机检测自己的网络状态，备机确定自己网络状态良好后启动自己的STC值班员程序，此时原备机变成新主机，原主机变成新备机，新主机根据新备机传来的最新信息接续执行STC值班员程序，进入步骤b)；若备机检测到自己的网络状态异常，返回步骤b)；若检测到双方都在运行STC值班员程序，判断A机、B机的优先程度，选择优先级高的一个做为主机，另一个为备机，进入步骤b)。

接收到对方请求解决方法如图4所示，本实施例中发送信息的约定为：

数字0：运行STC值班员程序的请求；

数字1：本机STC值班员程序正在运行；

数字2：本机STC值班员程序不在运行；

数字3：同意请求；

数字4：不同意请求。

图4所示的解决方法具体如下：

①将本机分为4种标记状态：数字0：表示初始状态，数字1：表示本机为主机，数字2：表示对方为主机，数字3：表示等待对方回复；

②当本机接收到对方要求运行STC值班员程序的请求时，首先检查自己的STC值班员程序是否运行，若在运行，直接回复不同意(发送信息：数字4)；否则，转入步骤③；

③若本机的STC值班员程序不在运行，则检查自己的标记状态，若标记状态为数字1，表示自己已是主机，就回复不同意(发送信息：数字4)，若标记状态为数字0或数字2表示自己不是主机，则回复同意(发送信息：数字3)。若为标记状态为数字3表示本机在等待对方回复的同时对方也在等待本机答复，此时判断哪个机器的优先级高，优先级高的机器开始运行STC值班员程序(若双机热备切换方法的程序中规定A机的优先级高，则A机启动STC值班员程序)。

所述的双机热备切换方法中，当检测到双方机器的STC值班员程序都在运行时的解决办法，见图5所示的流程图：在网络状态不好的情况下，可能会出现双方都运行了STC值班员程序，此时仍然是由机器名称的优先级来决定谁来做主机，如果本机是A机那么继续运行STC值班员程序，如果本机是B机那么就关闭自己的STC值班员程序，保证同时只有一个机器的STC值班员程序在运行。

所述的双机热备切换方法中，主、备机之间的界面信息的同步以及数据库信息的备份包括如下步骤：

1)、主机、备机数据库信息备份采用SQLServer作业模式，双机热备切换器定时检查主机中是否有新数据，如果有，备机将新数据下载到自己的数据库；

2)、主机将其当前STC界面信息以文本文件的形式保存起来，并传送到备机备份，主机向备机传送STC界面信息时同时采用下列两步骤：

21)、采取即时触发的方式：主机STC界面信息发生改变时，主机将改变后的界面信息保存到文本文件中，并将该文本文件传送到备机，替换备机原来的文件，确保备机的文件是最新的文本文件；

22)、采取定时的方式：每过一分钟主机将其保存的最新界面信息文本文件传送到备机。

所述的双机热备切换方法，其中：双机切换方法中显示器与切换后主机链接的方法包括如下步骤：

①、双机热备切换器判断是否收到主机启动STC值班员程序时发来的切换命令，若是进入步骤②，若否，执行步骤①；

②、双机热备切换器判断主机发来的切换命令是“视频端口、操控端口与计算机A连接”还是“视频端口、操控输入端口与B机连接”，若是“视频端口、操控端口与A机连接”，双机热备切换器的视频端口与A机的视频信号输出端口连接，双机热备切换器的操控信号输出端连接计算机A的操控信号输入端；若是“视频端口、操控端口与B机连接”，双机热备切换器的视频端口与B机的视频信号输出端口连接，双机热备切换器的操控信号输出端连接计算机B机的操控信号输入端。

关于鼠标与主机链接的切换方法：

由于主机和备机互相转换后，原来的备机变成了新主机，但是鼠标还是在和以前的主机相连接，此时需要利用双机热备切换器把输入输出端切换过去，具体的切换方法如下：

a)、主机在启动STC值班员程序的同时，向双机热备自动切换系统发送切换命令；

b)、双机热备自动切换系统接收到切换命令后，根据命令采取相应的操作：如果命令是“A机与鼠标相连”，则双机热备自动切换系统将鼠标与A机的鼠标连接插槽联通；如果命令是“B机与鼠标相连”，则双机热备自动切换系统将鼠标与B机的鼠标连接插槽联通。

所述的双机热备切换方法，其中：双机切换方法中切换后主机与STC客户端重连的方法如下：

STC客户端实时分别检测自己的A机通讯端、B机通讯端是否与A机、B机连通，若STC客户端的A机通讯端连通A机，STC客户端与A机进行通讯；若STC客户端的B机通讯端连通B机，STC客户端与A机进行通讯。