非相似平臺(tái)管理計(jì)算機(jī)的余度管理技術(shù)研究.pdf

1、嵌入式計(jì)算機(jī)在航空航天等對(duì)可靠性要求較高的系統(tǒng)中占有核心地位，其微小故障都可能引發(fā)災(zāi)難性的后果。因此，人們對(duì)高可靠性容錯(cuò)計(jì)算機(jī)的研究越來(lái)越重視，提高容錯(cuò)計(jì)算機(jī)可靠性的一個(gè)重要方法是發(fā)展余度技術(shù)。
　　本課題的目標(biāo)是研究高可靠的平臺(tái)管理計(jì)算機(jī)，構(gòu)建合理的“故障-安全”策略，提高管理計(jì)算機(jī)的可靠性。首先對(duì)常規(guī)自監(jiān)控兩余度計(jì)算機(jī)和常規(guī)三模冗余計(jì)算機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了非相似平臺(tái)管理計(jì)算機(jī)架構(gòu)。每個(gè)中央控制模塊由兩個(gè)不同處理器構(gòu)成；兩個(gè)中央控

2、制模塊之間增加交叉數(shù)據(jù)鏈（Cross Channel Date Link），使得四個(gè)處理器之間可以進(jìn)行信息交互；中央控制模塊通過(guò)雙冗余I2C總線，對(duì)功能模塊交叉控制。
　　根據(jù)平臺(tái)管理計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，需要事先制定一套余度管理策略。首先，研究了處理器余度管理策略，確定四個(gè)處理器的優(yōu)先級(jí)順序和表決策略，并對(duì)實(shí)際工作中出現(xiàn)的幾種典型的故障模式進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論；其次，研究了同步技術(shù)，針對(duì)平臺(tái)計(jì)算機(jī)非相似的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具體地介紹了任務(wù)同

3、步策略；最后針對(duì)雙冗余總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹了功能模塊余度管理策略。
　　基于任務(wù)同步和余度管理策略，采用軟硬件結(jié)合的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。四個(gè)處理器系統(tǒng)FPGA和軟件設(shè)計(jì)完全相同，具體介紹了單板FPGA設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)現(xiàn)的功能，將FPGA進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，與軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)任務(wù)同步、數(shù)據(jù)交換、故障判斷、降級(jí)以及對(duì)I/O模塊交叉控制功能。
　　為驗(yàn)證同步策略和余度管理策略的正確性，對(duì)原理樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試，包括同步精度測(cè)試、幾種典型的故障下調(diào)試結(jié)