(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211124000.3 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 天津津航计算 技术研究所 地址 300308 天津市东 丽区空港经济区保 税路357号 (72)发明人 潘雁鹏　赵昶宇　 (74)专利代理 机构 中国兵器 工业集团公司专利 中心 11011 专利代理师 王雪芬 (51)Int.Cl. G06F 9/50(2006.01) G06F 9/48(2006.01) G06F 9/445(2018.01) (54)发明名称 一种嵌入式系统多处理器模块负载均衡方 法 (57)摘要 本发明涉及一种嵌入式系统多处理器模块 负载均衡方法， 属于嵌入式系统通讯技术和冗余 管理技术领域。 本发明无需人工干预， 在处理器 模块上能够自动实现终端设备控制流程的指定 和分配； 通过 实时动态监控每个从处理器模块的 程序执行时间， 实现各个从处理器模块运行时间 和执行效率的负载均衡， 提高了整个系统资源利 用率； 通过对控制流程资源的合理优化配置， 提 高了控制台任务执行的效率和系统分布式处理 的能力。 权利要求书3页 说明书7页 附图1页 CN 115421917 A 2022.12.02 CN 115421917 A 1.一种嵌入式系统多处理器模块负载均衡方法， 其特征在于， 该方法基于一种控制系 统实现， 该控制系统包括： 控制台设备、 处 理器计算单元和终端设备； 所述控制台设备用于通过以太网发送控制 指令给处理器计算单元， 并通过以太网接收 处理器计算单元发送的控制台设备反馈指 令， 控制台设备发送的所有控制指令都是按照既 定的流程执行 的， 从而实现对每个终端设备发送控制流程， 对每个终端设备发送的控制流 程是相同的； 所述处理器计算单元用于通过以太网接收控制台设备发送的控制流程， 对每个控制流 程进行解析处理； 处理器计算单元 由多块处理器模块组成， 包括一块主处理器模块和多块 从处理器模块； 其中， 主处理模块用于接收并保存控制台设备发送的所有控制流程， 将控制 流程向从处理器模块发送； 从处理器模块用于解析并执行主处理器模块发送的控制流程， 将控制流程中的每条控制指令的控制指令有效数据内容通过不同接口发送给终端设备， 并 接收终端设备发送的命令反馈数据， 对命令反馈数据按照以太网报文进行组包处理， 生成 控制台设备反馈指令， 将生成的控制台设备反馈指令通过以太网发送给控制台设备； 每个 从处理器模块中运行的程序是相同的； 处理器计算单元中的主处理模块还用于根据每个从 处理器模块中程序的执 行时间动态调整每 个从处理器模块执 行的控制流 程的个数； 终端设备用于通过不同接口接收处理器计算单元发送的控制指令有 效数据内容， 并将 自身生成的命令反馈数据通过不同接口向处 理器计算单元发送； 基于所述控制系统实现的负载均衡方法包括以下步骤： S1： 处理器计算单元中的主处理器模块通过以太网接收并保存控制台设备发送的所有 控制流程； 控制台设备将预先设定好的控制流程通过以太网发送给处理器计算单元， 通过以太网 接收处理器计算单元发送的控制台设备反馈指令 。 S2： 处理器计算单元中的主处理器模块基于每个从处理器模块中当前程序的运行时间 值， 应用负载均衡原理将控制台设备发送的控制流程通过以太网发送给不同的从处理器模 块， 实现对所有从处理器模块的负载均衡管理， 从处理器模块对控制流程中的控制指令进 行解析处 理， 将解析处 理后的控制指令有效数据内容 通过不同接口发送给终端设备； S3： 终端设备将自身生成的命令反馈数据通过不同接口向处 理器计算单元发送； S4： 处理器计算单元接收到终端设备的命令反馈 数据后， 对命令反馈 数据按照以太网报 文进行组包处理， 生成控制台设备反馈指令， 将生成的控制台设备反馈指令通过以太网发 送给控制台设备。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 处理器计算单元中的1块主处理器模块和N块 从处理器模块基于CORBA中间件建立以消息为中心的模型； 每个从处理器模块实时计算当 前整个程序的实际运行时间值， 并保存当前程序运行时间值的最大值； 每个从处理器模块 会发布自身的编号、 自身正在执行 的控制流程个数以及当前程序运行时间值的最大值， 主 处理器模块通过CORBA中间件的同步更新机制能够访问到每个从处理器模块的编号、 正在 执行的控制流 程个数以及当前程序运行时间值的最大值。 3.如权利要 求2所述的方法， 其特征在于， 步骤S2中， 处理器计算单元中的主处理器模 块 对接收到的控制流 程按照如下步骤实现对所有从处 理器模块的负载均衡管理： S21： 由于终端设备 的个数为M， M≥1， 因此控制台设备发送的控制流程个数最大值为M；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115421917 A 2假设处理器计算单元中只有1块主处理器模块和1块从处理器模块， 通过测试分别计算出控 制台设备发送1至 M个控制流 程时， 从处 理器模块 程序实际运行时间的最大值Ti， 1≤i≤M； S22： 假设每个从处理器模块中程序的执 行周期为T执 行； 当TM<T执行时， 表明在1块从处理器模 块上能够正确执行M个控制流程； 主处理器模 块每次 给从处理器模块分配控制流程时， 读取每个从处理器模块当前程序运行时间的最大值， 找 出这些最大值当中运行时间最小的那个 从处理器模块的编号， 将本次控制流程分配给该从 处理器模块； 该从处理器模块在执行新的控制流程时， 将正在执行 的控制流程个数加1， 实 时更新并保存本从处理器模块当前程序运行时间值的最大值和该从处理器模块正在执行 的控制流程个数； 若每个从处理器模块程序的执行周期T执行等于程序的运行时间， 主处理器 模块也按照TM<T执 行条件下同样的方法来执 行控制流 程的分配； 当TM≥T执行时， 表明在一个从处理器模块上无法正确执行M个控制流程； 根据步骤S21中 获取的Ti值， 计算出 当Ti≥T执行时i的最小值， 该值 是一个从处理器模块能够同时正确执行控 制流程个数的最大值， 记为Cmax， 然后执行步骤S23； S23： 主处理器模块每次给从处理器模块分配控制 流程时， 读取每个从处理器模块正在 执行的控制流程个数， 记为Ci， 若Ci<Cmax， 则执行步骤S24； 若Ci等于Cmax， 则比较Ci+1与Cmax的大 小， 若Ci+1<Cmax， 则执行步骤S24； 若所有的Ci值均等于Cmax， 表明没有一块从处理器模块能够 执行当前控制台设备发送的控制流程， 主处理器模块通过以太网向控制台设备发送 “无可 用的从处 理器模块 ”信息； S24： 将本次控制流程分配给该从处理器模块； 该从处理器模块在执行新的控制流程时， 将正在执行 的控制流程个数加1， 实时更新并保存本从处理器模块当前程序运行时间值的 最大值和该从处 理器模块 正在执行的控制流 程个数。 4.如权利要 求3所述的方法， 其特征在于， 步骤S2中， 当从处理器模块的一个控制流程执 行结束后， 将正在执行的控制流程个数减1； 若从处理器模块负责的所有控制流程均执行结 束， 将正在执行的控制流程个数和程序运行时间最大值均 清零； 然后， 实时更新并保存本模 块当前程序运行时间值的最大值和该模块 正在执行的控制流 程个数。 5.如权利要 求4所述的方法， 其特征在于， 步骤S2中， 处理器计算单元采用如下方法对控 制台设备发送的控制流 程进行解析处 理： 控制台设备发送的控制流程的报文格式由 “指令标识 ”+“信源标识 ”+“信宿标识 ”+“指 令序号”+“指令长度 ”+“指令个数 ”+“指令1类型 ”+“指令1间隔时间 ”+“指令1有效字段内容 ” +“指令2类型 ”+“指令2间隔时间 ”+“指令2有效字段内容 ”+……+“指令k类型 ”+“指令k间隔 时间”+“指令k有效字段内容 ”+“校验和”组成； k为大于2的整数； 处理器计算单元中的处理器模块根据 所述报文格式， 判断当前控制流程的长度和校验 和是否正确； 其中， 当前控制流程的最后一个字的内容为校验和， 将当前控制流程中除了 “校验和”字段的其余字段内容按照CRC16校验算法计算出校验和； 若控制流程长度和校验 和均正确， 则根据指 令个数从当前控制流程中分别提取出控制流程中每个控制指 令的有效 字段内容， 记为控制台设备控制指 令有效数据内容， 并保存每条控制指令的指 令间隔时间； 处理器计算单元按照每条控制指令的指令间隔时间， 将控制台设备控制流程中每条控制指 令有效数据内容 发送给终端设备； 处理器计算单元通过不同接口接收到终端设备的命令反 馈数据后， 处理器计算单元中的处理器模块提取命令反馈数据中的 “数据字段 ”的内容作为权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115421917 A 3