發(fā)布時間：2021-10-23 03:14

　　星載計算機之于衛(wèi)星就像人類大腦之于人體,是衛(wèi)星非常重要的組成部分,它控制著衛(wèi)星的運轉和星上任務的執(zhí)行等。因此,星載計算機一旦出現(xiàn)故障就可能導致任務失敗,從而造成十分嚴重的后果,甚至是災難。然而,由于空間環(huán)境的情況惡劣以及當前軟硬件條件的限制,星載計算機的安全需要得到有效的保障。另一方面,由于衛(wèi)星的應用領域越來越廣,要求星載計算機硬件具有高性能、低功耗、體積小、重量輕等特點。近些年來高速發(fā)展的GPU軟硬件技術可以解決這一需求問題,GPU強大的計算能力不僅可以完成大規(guī)模密集型任務的計算,而且其功耗和成本相較于其他的宇航級芯片也大大降低。但是,由于芯片集成度的提升和工作電壓的降低等因素會導致GPU更容易發(fā)生瞬時故障。所以,將GPU應用于航空航天這類對可靠性要求極高的領域時,需要采用合適的容錯技術對其進行容錯設計,以提高它的可靠性從而降低故障率。本文深入研究和對比了各種容錯方法的適用情形和優(yōu)缺點,著重研究了軟硬件容錯技術。為了兼顧系統(tǒng)高可靠性和低設計復雜度兩個方面,采用四余度進行容錯設計。本文選取以Linux為操作系統(tǒng)的NVIDIA Jetson TX2作為星載GPU,基于GPU的硬件特點和軟... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究內(nèi)容背景及意義
        1.1.1 研究背景及意義
        1.1.2 研究內(nèi)容及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
        1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 發(fā)展趨勢
    1.3 本文的主要貢獻與創(chuàng)新
    1.4 本論文的結構安排
第二章 余度容錯技術研究
    2.1 計算機故障及分類
    2.2 余度定義及分類
        2.2.1 余度的定義
        2.2.2 余度的分類
    2.3 容錯技術
        2.3.1 硬件冗余
        2.3.2 軟件冗余
        2.3.3 時間冗余
        2.3.4 信息冗余
    2.4 本章小結
第三章 GPU&CUDA架構
    3.1 GPU及其架構
        3.1.1 計算機架構
        3.1.2 CPU與GPU
    3.2 CUDA并行技術
        3.2.1 引言
        3.2.2 CUDA編程模型
        3.2.3 CUDA執(zhí)行模型
        3.2.4 CUDA存儲器模型
    3.3 本章小結
第四章 星載GPU四余度容錯算法設計
    4.1 余度選擇
    4.2 表決機制
    4.3 基于CUDA的四余度容錯方案設計
        4.3.1 基于簡單復算的四余度容錯模式
        4.3.2 基于并行檢錯的四余度容錯模式
        4.3.3 基于任務并行的四余度容錯模式
        4.3.4 基于結果比較算法的四余度容錯模式
        4.3.5 基于任務并行和比較算法的四余度容錯模式
        4.3.6 基于多版本kernel的四余度容錯模式
        4.3.7 基于多版本kernel和比較算法的四余度容錯模式
        4.3.8 基于任務并行和比較算法的多版本kernel四余度容錯模式
        4.3.9 基于流計算模式的四余度容錯模式
        4.3.10 基于多GPU的四余度容錯模式
    4.4 基于冗余進程的軟件容錯方案
        4.4.1 PLR算法
        4.4.2 檢查點與恢復技術
        4.4.3 四余度進程容錯方案設計
    4.5 本章小結
第五章 實驗測試和數(shù)據(jù)分析
    5.1 NVIDIAJetsonTX2簡介
    5.2 實驗測試與性能分析
    5.3 實驗偽碼
    5.4 可靠性分析
        5.4.1 可靠性描述
        5.4.2 可靠性建模
        5.4.3 可靠性計算
    5.5 本章小結
第六章 全文總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于馬爾可夫鏈的構件軟件可靠性評估模型[J]. 唐佩佳,謝永杰,吳安波,焦姣.  計算機應用. 2016(S2)
[2]容錯飛行控制技術的應用研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 王發(fā)威,廖開俊.  飛行力學. 2017(01)
[3]混合三余度無人機飛控計算機硬件結構設計及可靠性分析[J]. 陳喆,楊蕊姣,徐義華,李志宇.  計算機測量與控制. 2015(08)
[4]一種基于GPU通用計算的容錯方法[J]. 徐丹妮,賀占莊.  微電子學與計算機. 2014(02)
[5]一種基于冗余線程的GPU多副本容錯技術[J]. 賈佳,楊學軍,李志凌.  計算機研究與發(fā)展. 2013(07)
[6]非相似余度飛控計算機設計及可靠性分析[J]. 周小超,陸熊.  計算機與現(xiàn)代化. 2013(05)
[7]面向高端容錯計算機的進程容錯系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 吳楠,張東,劉璧怡.  計算機應用與軟件. 2013(04)
[8]三余度飛控計算機架構及其可靠性研究[J]. 柳孔明,徐宏哲,黃俊.  現(xiàn)代電子技術. 2012(06)
[9]一種面向CPU-GPU異構系統(tǒng)的容錯方法[J]. 徐新海,楊學軍,林宇斐,林一松,唐滔.  軟件學報. 2011(10)
[10]微小衛(wèi)星星載計算機系統(tǒng)可靠性研究與設計[J]. 姜連祥,楊根慶,李華旺,胡偉圣,許培培.  系統(tǒng)工程與電子技術. 2009(01)

博士論文
[1]異構并行計算機容錯技術研究[D]. 賈佳.國防科學技術大學 2011
[2]高效能GPGPU體系結構關鍵技術研究[D]. 馬安國.國防科學技術大學 2011

碩士論文
[1]基于PowerPC和x86的混合余度無人機飛控計算機內(nèi)核技術研究[D]. 楊蕊姣.南京航空航天大學 2015
[2]Linux內(nèi)核級多進程任務容錯技術研究[D]. 趙得潤.哈爾濱工程大學 2015
[3]二余度飛控計算機仿真平臺研制與應用[D]. 段曉軍.西北工業(yè)大學 2005



本文編號：3452363