Brevet FR2648929A1 — publié le 19901228

MODULE DE COMMUTATION DESTINE A DES PAIRES DE PROCESSEURS HOMOLOGUES RELIES PAR AU MOINS UN BUS DE COMMUNICATION L'objet de la présente invention est un module de commutation destiné à des paires de processeurs homologues reliés par au moins un bus de communication. Les systèmes d'ordinateurs qui intègrent un certain nombre d'ordinateurs spécialisés reliés entre eux en parallèle au moyen d'un bus de communication sont maintenant largement répandus. La figure 1 représente le schéma d'un système de ce type qui comprend, généralement, un bus de communication (PSB) qui est relié à une série de processeurs spécialisés (SC), qui de leur côté sont utilisés pour la gestion de secteurs individuels d'une usine industrielle à intelligence répartie par l'intermédiaire de lignes de communication en séries (bus numériques). Dans le cas représenté, le bus de communication est du type connu commercialement sous le nom "Parallel System Bus" de la société INTEL. Une structure de ce type', comportant des processeurs indépendants, permet de scinder des fonctions tout en garan- tissant en même temps une coordination chronologique vis-à- vis du haut de la structure hiérarchique. Les processeurs individuels (SC) peuvent, par exemple, être spécialisés à faire fonctionner plusieurs sous-ensembles de l'usine, comme exposé plus haut. L'abréviation OI représente un terminal de communication avec l'opérateur. Un agencement de ce type n'est pas suffisant du point de vue de la fiabilité de l'ensemble du système, même si la défaillance d'un seul module (SC) entraine seulement la perte de contrôle d'une partie limitée de l'usine, il n'en reste pas moins vrai que les points nodaux des bus numériques dépendants du processeur défaillant peuvent être nombreux et peuvent servir à des fonctions très importantes. Bien que les points nodaux individuels des bus numéri- ques puissent accomplir à eux seuls, en tant qu'unités indépendantes, les arrangements analogiques et numériques pour lesquels ils sont programmés, le fonctionnement correct du processeur (SC) est indispensable en vue de: - coordonner les arrangements plus complexes qui ne peuvent pas être confinés dans les limites d'un seul point nodal de bus numériques en raison du nombre élevé de données d'entrée et de sortie, I/O, ou de la comple- xité du traitement; - coordonner des points nodaux de bus numériques qui sont en relation avec différents bus numériques par voie de dialogues avec d'autres processeurs (SC); - réaliser une liaison avec des structures plus élevées de la hiérarchie; - fournir ces informations servant de diagnostic concer- nant le bus numérique dépendant; - vérifier si un type de défaillance spécifique du processeur (SC), ayant un effet négatif sur le fonc- tionnement du prolongement de bus numérique associé, même s'il est fonctionnellement indépendant, créera un préjudice à l'interface (OI) associée point nodal de bus numérique/homme-machine. En se basant sur ce qui précède, il est clair qu'un degré de fiabilité suffisant peut être obtenu par la redon- dance des éléments constituant le système, et particulière- ment par la réductance des processeurs individuels (SC). Le but de la présente invention est de créer un module de commutation qui, en présence d'une paire de processeurs, l'un étant le maître et l'autre étant l'esclave, soit apte à détecter n'importe quelles situations de défaillance et à commuter les fonctions de commande de l'un à l'autre de ces processeurs, sans ruptures de fonctionnement des points nodaux de bus numériques associés. 26489.29 Le module de commutation selon l'invention, désigné dans ce qui suit par SWA, accomplit les fonctions fondamen- tales suivantes: - surveillance du fonctionnement des deux processeurs associés (SC), en détectant rapidement leur défail- lance; - commutation des bus numériques commandés par le proces- seur maître (SC) défaillant de ce dernier à l'autre processeur, le processeur esclave (SC); - assurer un degré élevé de fiabilité de ses propres circuits en utilisant des composants électriquement surdimensionnés de façon à réduire les contraintes à un minimum, en rendant redondant les composants dont la fiabilité des valeurs est limitée, en utilisant des composants critiques ayant des éléments compatibles équivalents dont la fiabilité est garantie grâce -à une connexion broche à broche. Le module de commutation selon l'invention peut être inséré dans le système de processeurs reliés d'un côté à au moins un bus de communication et de l'autre à des points nodaux de bus numériques correctement choisis, selon diffé- rentes configurations qui donnent naissance à une redondance totale ou modulaire. Le terme de redondance totale est utilisé pour signi- fier la commutation complète d'une structure constituée par un bus de communication associé à plusieurs processeurs (SC) jouant le rôle de maîtres et dont l'un a eu une défaillance, sur une autre structure identique en état de fonctionnement correct. Dans ce cas, chaque paire de processeurs homologues est surveillée par un module de commutation selon l'inven- tion, affecté à cette paire de processeurs. Aussitôt que l'un des modules de commutation selon l'invention détecte un dérangement dans le fonctionnement du processeur maître associé, tous les points nodaux de bus numériques commandés par les différents processeurs maîtres sont commutés sur la structure esclave, comprenant son bus de communication propre ainsi que les processeurs (SC) correspondants. On peut également obtenir la redondance totale au moyen du module de commutation selon l'invention, de façon telle que le processeur qui a subi une défaillance soit remplacé sans qu'il y ait interruption de l'alimentation électrique des processeurs restants. Dans ce cas, chaque processeur (SC) sera associé à une carte de commutation, désigné dans ce qui suit par SWI, et qui constitue l'objet d'une invention parallèle du même déposant. Le terme de redondance modulaire est employé pour indiquer la commutation individuelle de l'un des différents processeurs (SC) maîtres, à la suite de sa défaillance, à un processeur (SC) esclave, connecté au même bus de communica- tion. Enfin, le module de commutation selon l'invention peut être utilisé en conjonction avec ladite carte de commuta- tion (SWI), même sans redondance de processeurs (SC); dans ce cas, le module de commutation combiné avec ladite carte de commutation permet seulement de déconnecter le processeur défaillant et de le remplacer, sans couper les alimentations en courant du système. e Ce type particulier d'utilisation du module de commu- tation, associé à la carte de commutation (SWI) est décrit et revendiqué dans l'invention parallèle du même déposant, à laquelle on s'est référé plus haut. Certaines fonctions supplémentaires du module de commutation selon l'invention sont énumérées ci-dessous: - envoi de signaux et d'instructions à des cartes de commutation (SWI) du type indiqué plus haut; - rôle d'interface avec les modules de service centra- lisés, ou modules dits de cabinet, pour la gestion des signaux d'entrée et de sortie (I/O). D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaî- tront à la lecture de la description d'autres modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, o: - la figure 1 représente le schéma d'un système d'ordi- nateurs auquel l'invention pourrait être avantageusement appliquée; - la figure 2 représente un schéma similaire mais modifié par la présence du module de commutation selon l'invention, qui, dans ce cas, n'est pas utilisé pour créer des conditions de redondance, mais pour permettre le remplacement d'une carte de commutation (SWI) sans couper les alimen- tations en courant du système d'ordina- teurs; - la figure 3 représente un système similaire à celui représenté sur la figure 1, modifié par la présence du module de commutation selon l'invention, inséré de manière à créer une redondance modulaire, des cartes de commutation (SWI) étant présentes pour permettre le remplacement du proces- seur (SC) défaillant pendant que le processeur homologue fonctionne correc- tement; - la figure 4 représente une application du module de commutation selon l'invention dans lequel on obtient une redondance totale, en utilisant des cartes de commutation supplémentaires; - la figure 5 est similaire à la précédente mais le schéma représenté ne fait pas appel à l'utilisation de cartes de commutation. La figure 1 a déjà été commentée dans la partie de la description constituant l'introduction. Sur la figure 2, un bus de communication (MB) modifié est représenté au lieu du bus de communication (PSB). Le bus de communication modi- fié (MB) est connecté en parallèle à (n) processeurs (SC1, SC2,..., SCn). Entre chaque processeur (SC) et le bus de communication (MB), il y a une carte de commutation corres- pondante (SWI1, SWI2,..., SWIn) selon une invention paral- lèle du même déposant. Entre chaque processeur (SC) et sa carte de commutation correspondante (SW), est également inséré un module de commutation (SWA1, SWA2,..., SWAn) selon la présente invention. La typologie des signaux entre les bus de communica- tion, les tableaux de commutation, les processeurs et le module de Commutation est décrit ci-dessous, naturellement de façon schématique: (A) signal utilisé pour le dialogue en parallèle entre le bus de communication (MB) et le processeur (SC) en vue de l'échange de données au cours du fonctionnement normal du processeur (SC); (B) signal utilisé pour le dialogue parallèle entre le bus de communication (MB) et la carte de commutation (SWI) en vue de la mise en fonctionnement automatique du processeur (SC) après son insertion. Il faut rappeler, à ce sujet, que la carte de commutation n'est jamais séparée du bus de communication (MB) et que, de ce fait, elle est alimentée en permanence pour le stockage des données d'initialisation du processeur (SC); (C) alimentation en courant provenant du bus de communica- tion (MB) et fournie au processeur (SC) par l'intermé- diaire du tableau de commutation (SWI) si bien qu'elle peut être coupée par ce dernier; (D) partie de la ligne de courant allant au processeur (SC) comprise entré le processeur (SC) et la carte de commutation (SWI) qui, si nécessaire, peut être coupée; (E) ligne de transmission des signaux de mise en fonction- nement, contenus dans la carte de commutation (SWI), conduisant au processeur (SC); (F) ligne de communication entre la carte de commuta- tion (SWI) et le processeur (SC) destinée à la trans- mission d'un signal signifiant la présence physique du processeur (SC) et à la transmission du signal de remi- se à zéro du processeur (carte d'effacement, en anglais kill board), en cas de fonctionnement défectueux; (G) ligne de communication entre le module de commuta- tion (SWA) et le processeur (SC) à des fins de diag- nostic, de manière à évaluer à quel moment la carte de commutation doit intervenir (chien de garde, arrêt, arrêt réalisé, processeur (SC) maître, interruption, fonctions dont les sens sont bien connus); (H) ligne de communication entre le module de commuta- tion (SWA) et la carte de commutation (SWI) afin de remplir les fonctions logiques associées aux opérations d'insertion et de séparation du processeur (commutation présente - permutation de priorité présente - inser- tion/séparation - permission) ainsi que celles asso- ciées aux opérations de commutation (carte d'efface- ment - alimentation correcte - courant excessif - processeur présent). Le fonction du module de commutation consiste de ce fait à: - détecter tout dérangement du processeur (SC); - communiquer avec la carte de commutation (SWI) afin de remettre à blanc le processeur (SC) et de surveiller les alimentations en courant; - loger physiquement les commandes du tableau frontal ainsi que les moyens pour signaler l'insertion ou le retrait, du fait que la carte de commutation ne compor- te de préférence pas de panneau frontal. D'autres fonctions du module de commutation (SWA) sont décrites en référence aux figures suivantes dans lesquelles on décrit un système à redondance modulaire ou totale. En ce qui concerne la carte de commutation (SWI), elle est essentielle pour: - remettre à zéro le processeur (SC) dont la défaillance a été détectée par le module de commutation (SWA) et pour commander les alimentations en courant; - couper l'alimentation du processeur en courant lorsque la défaillance de celui-ci est détectée, afin de per- mettre l'enlèvement du processeur; - couper et rétablir l'alimentation en courant en vue de permettre la réinsertion du processeur; - stocker des informations de mise en fonctionnement du processeur (SC), de façon à les transmettre après la réinsertion du processeur, de manière à ramener celui- ci à l'état de fonctionnement. En se référant particulièrement à la figure 3, qui concerne l'application d'un module de commutation dans le cas o l'on a besoin d'une redondance modulaire, il faut se rappeler que les lignes de communication faisant les mêmes fonctions que sur la figure 2 ont les mêmes dénominations. Les index "A" et "B" qui apparaissent dans la défini- tion des cartes de commutation (SWIi) et dans les proces- seurs (SCi), i étant un index progressif, représentent des éléments homologues respectivement activés et désactivés par module de commutation unique associé (SWAi). La figure 3 représente également les lignes de commu- nication suivantes: - ligne de communication directe (I) entre les proces- seurs homologues "A" et "B" pour la mise à jour des données; - lignes de communication (L) et (M) formant un bus numérique entre le processeur "A" ou le processeur "B" et le système de bus numérique qui, dans ce cas, doit passer dans le module de commutation (SWA) de façon à réaliser la situation de redondance la plus simple, qui manquait dans le schéma de la figure 2. Le schéma de la figure 4 représente le schéma le plus complet de redondance totale. La présence des cartes de commutation (SWI) permet également le remplacement individuel du processeur (SC) dont la défaillance a été détectée, avec la remise en fonctionnement automatique de ce dernier. En ce qui concerne les cartes de commutation (SWI) et le module de commutation (SWA), les fonctions et les connexions déjà représentées en référence aux figures 2 et 3 s'appliquent. Les modules de commutation (SWA) sont également montés en série au moyen de la ligne commune (N) pour la commutation simultanée de l'ensemble du jeu de processeurs en relation avec le bus de communication (MB) "A" sur l'ensemble du jeu de processeurs en relation avec le bus de communication homologue (MB) "B". La figure 5 décrit la version simplifiée de la redon- dance totale. La commutation complète à partir du bus de communication (MB) "A" sur le bus de communication homolo- gue (MB) "B" permet de couper complètement l'alimentation électrique sur la structure qui est en relation avec le bus de communication concerné, et ainsi les différentes opéra- tions de mise en fonctionnement peuvent être effectuées même en l'absence des cartes de commutation (SWI). En ce qui concerne les différents modules de commutation, les fonctions et les connexions décrites plus haut en référence à la figure 4 s'appliquent. Il est utile de rappeler que, dans ce cas, le bus de communication (MB) doit être modifié de façon à court- circuiter la carte de commutation manquante; pour le reste, ce peut être le même bus de communication standard (PSB) représenté en référence à la figure 1. En plus des lignes de communication déjà représentées, la solution montrée sur la figure 5 envisage également les autres lignes qui suivent: - une ligne pour le dialogue (O) en parallèle entre le bus de communication (MB) et chacun des processeurs (SC), en vue de permettre l'initialisation non automatique rendue nécessaire par la coupure de l'alimentation en courant du bus de communication (MB) auquel était rat- taché le processeur (SC) défaillant et remplacé; - une alimentation en courant (P), qui ne peut pas être coupée à partir du bus de communication (MB), et qui va à chaque processeur individuel (SC); dans ce cas, le courant doit être coupé en coupant l'alimentation de l'ensemble (MB) auquel appartient le processeur défail- lant. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Module de commutation destiné à au moins un proces- seur connecté à un bus de communication, caractérisé par le fait qu'il comporte: - des moyens de détection de tout fonctionnement défec- tueux du processeur et de sa remise en place subsé- quente; - des moyens de coupure de la ligne de communication entre ledit processeur et les bus numériques associés, ainsi que: - des moyens de coupure de l'alimentation du processeur. 2.- Module de commutation destiné à une paire de processeurs homologués, l'un étant maître et l'autre étant esclave, connectés à au moins un bus. de communication, caractérisé par le fait qu'il comporte: - des moyens de détection de tout fonctionnement défec- tueux du processeur maître et de sa remise en place subséquente; - des moyens de commutation (SWA) destinés à connecter la ligne entre le bus numérique et le processeur défail- lant (SC), au processeur (SC) homologue; - des moyens de coupure de l'alimentation du processeur défaillant. 3.- Module de commutation selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'on insère entre une paire de processeurs (SC) homologues, l'un maître et l'autre esclave, qui sont connectés en parallèle au bus de communica- tion commun (MB), module caractérisé aussi par le fait qu'il est connecté à des paires homologues de cartes de commuta- tion (SWI) insérées entre chaque processeur et le bus de communication commun (figure 3). 4.- Module de commutation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est inséré entre une paire de processeurs homologues, un maître et un esclave, connectés en parallèle directement aux bus de communication (MB) "A" et (MB) "B" (figure 5). 5.- Module de commutation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est inséré entre une paire de processeurs homologues, l'un maître, l'autre esclave, connec- tés en parallèle aux bus homologues de communication (MB) "A" et (MB) "B" par l'intermédiaire des cartes de commutation (SWI) "A" et (SWI) "B" (figure 4).