基于软件表决的三模冗余星载计算机体系结构研究与设计

发布时间：2020-05-29 07:17

【摘要】：随着我国航天技术的不断发展,航天任务日趋复杂,对星载计算机的可靠性提出了更高的要求。如何有效的提高星载计算机的可靠性与安全性成为当前航天领域研究的一个重要问题。本文首先对系统的可靠性技术进行了研究,详细比较分析了当前常见的几种星载计算机的容错体系结构。在此基础上,本文设计了一种基于软件表决的三模冗余星载计算机系统结构。该结构采用三机同构形式,通过设置表决点的方式进行同步。三机之间通过数据通信链路进行数据交换,通过软件表决机制选择出正确的输出数据作为系统输出。之后在FPGA平台上对其进行了功能验证,并通过建立动态故障树模型对其可靠性进行定量评估。验证结果表明该结构可很好的满足星载计算机高可靠性的要求。本文在设计上采用了一种两级松散同步模式对系统进行同步,可使各个冗余模块之间很好的进行同步。同时在设计中又引入了针对各个单机运行情况的故障评估机制,通过综合故障评估可更准确的判断各个单机的运行状态,有利于保障输出结果的正确性,从而极大的提高星载计算机系统的可靠性。
【图文】：

单板,实物,高速总线

将中低速总线与高速总线分开。其中 NAD-1553B（低速总线）和 IEEE 1394（高速总线），而 ESA 采用和 SPACE WIRE（高速总线）。统软件方面，早期星载计算机系统软件多采用 Ada 语言，现在系统软件建立在统一标准的基础上，力求软件的源码级兼容，开发、测试和维护。系统普遍采用实时多任务操作系统 VxWor统资源。典型的星载计算机 BAE SYSTEMS RAD750D750[13]是 BAE SYSTEMS 推出的新一代航天计算机，它的特点是大，接口丰富，，采用 RAD750 CPU，提供 3U 和 6U 尺寸的 Com接口。它是 IBMPowerPC750 的抗辐射加固版本[12]，代表了下器，是第一个搭载在 NASA 深度冲撞任务（Deep Impact Miss12 号升空）上的处理器。2005 年 4 月 11 号升空的美国空军研究星系统”-11（XSS-11）也采用了该型号计算机。

输出结果,故障注入,随机故障,循环点

类型指令号操作内容_8bitsev_1）1 点亮 1，3，5，7 号灯2 2，4，6，8 号灯闪烁3 1，3，5，7 号灯循环点亮4 关掉所有灯ARTev_2)1 显示”turn on the LED 1, 3, 5, 7.”2 显示”The LED 2, 4, 6, 8 flicker.”3 显示”LED 1,3,5,7 lighting design4 显示“Turn off all the LEDs.”统测试结果以上的故障注入方式，我们对系统进行多次随机故障注入以检由于 LED 灯亮度有限，所以我们着重记录分析串口输出数据的故障注入以及系统工作情况，列举如下：无故障注入时，系统正常运行统运行程序中未注入任何故障，设置并打开超级终端，将编译FPGA 开发板上运行，同时监视系统运行情况。待系统程序加载显示情况，如图 4-8 所示。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP368.3

【参考文献】