隨著商用、工業(yè)領(lǐng)域嵌入式計算設(shè)備性能的快速增長,研發(fā)適用于航空航天、軍用裝備等場合的高性能計算機亦勢在必行,與此同時,實際需求對此類設(shè)備的可靠性指標(biāo)依然保持著苛刻的標(biāo)準(zhǔn),這就需要通過冗余和容錯等手段來保障系統(tǒng)的持久可靠運行。本文在充分研究分析冗余容錯技術(shù),并結(jié)合國外最近流行的SpaceVPX技術(shù),針對其存在的單點故障風(fēng)險,提出采用基于無中心裁決結(jié)構(gòu)的雙模冗余容錯方案,主要內(nèi)容包括以下部分:（1）對常用的冗余容錯技術(shù)進行研究分析,主要包括硬件冗余和軟件冗余,重點分析了近年來新興的專用于航天領(lǐng)域的SpaceVPX技術(shù),討論了其不足之處,在此基礎(chǔ)上針對可能存在的單點故障風(fēng)險,提出了改進的基于無中心裁決的雙模冗余熱備份方案,并從軟硬件實現(xiàn)的角度對其中的雙機同步、故障檢測和仲裁切換等關(guān)鍵技術(shù)進行了詳細的討論分析。（2）對所提出的無中心裁決雙模冗余熱備份方案進行了相應(yīng)的硬件設(shè)計,首先給出了系統(tǒng)總體的設(shè)計,在此基礎(chǔ)上對處理器模塊、SpaceWire控制器模塊、同步通信模塊以及背板互連方案進行了詳細的設(shè)計;隨后給出了用于無中心裁決的控制邏輯的設(shè)計思路和具體的邏輯框圖,對邏輯中的模塊進行了詳細設(shè)計,通過... 

【文章來源】：中國運載火箭技術(shù)研究院北京市

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
第一章 冗余容錯技術(shù)研究
    1.1 計算機系統(tǒng)容錯技術(shù)
        1.1.1 硬件冗余
        1.1.2 軟件冗余
        1.1.3 時間冗余和信息冗余
    1.2 SpaceVPX容錯技術(shù)研究
        1.2.1 VPX技術(shù)發(fā)展歷程
        1.2.2 SpaceVPX冗余容錯技術(shù)研究
        1.2.3 VPX技術(shù)發(fā)展趨勢
    1.3 雙模冗余熱備系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究
        1.3.1 雙機同步
        1.3.2 故障檢測
        1.3.3 仲裁切換
    1.4 本章小結(jié)
第二章 無中心裁決雙模冗余熱備系統(tǒng)的硬件與控制邏輯設(shè)計
    2.1 硬件電路總體方案
    2.2 CPU模塊
        2.2.1 存儲器電路
        2.2.2 調(diào)試接口及其復(fù)位電路
        2.2.3 晶振與時鐘倍頻
        2.2.4 系統(tǒng)供電電源與電源監(jiān)控電路
    2.3 SpaceWire控制器模塊
    2.4 同步通信模塊
        2.4.1 基于串口的同步通信
        2.4.2 基于雙端口RAM的同步通信
    2.5 FPGA模塊
    2.6 基于FPGA的無中心裁決控制邏輯設(shè)計
        2.6.1 無中心裁決控制邏輯設(shè)計
        2.6.2 邏輯的設(shè)計實現(xiàn)
        2.6.3 仿真結(jié)果與分析
    2.7 系統(tǒng)背板的互連
    2.8 本章小結(jié)
第三章 系統(tǒng)可靠性分析
    3.1 可靠性基本理論研究
        3.1.1 可靠性度量參數(shù)
        3.1.2 可靠性評估方法
        3.1.3 組合模型框圖分類
    3.2 元器件基本失效率的計算
        3.2.1 各元器件基本失效率的計算
        3.2.2 板級總體失效率
    3.3 不同冗余方式的可靠性分析與比較
        3.3.1 三種冗余容錯系統(tǒng)的可靠性分析
        3.3.2 三種冗余容錯系統(tǒng)可靠性的比較
    3.4 本章小結(jié)
第四章 雙模冗余系統(tǒng)的軟件設(shè)計與硬件調(diào)試
    4.1 軟件設(shè)計方法
    4.2 系統(tǒng)管理模塊的設(shè)計
        4.2.1 系統(tǒng)初始化
        4.2.2 I/O處理
        4.2.3 雙機同步通信
    4.3 容錯管理模塊的設(shè)計
        4.3.1 故障檢測
        4.3.2 比較仲裁
    4.4 軟件容錯設(shè)計
        4.4.1 軟件的冗余
        4.4.2 雙模冗余熱備系統(tǒng)的軟件容錯設(shè)計
    4.5 硬件調(diào)試
        4.5.1 添加調(diào)試器配置信息
        4.5.2 目標(biāo)硬件調(diào)試
        4.5.3 調(diào)試程序的燒寫
    4.6 本章小結(jié)
第五章 系統(tǒng)實測與驗證
    5.1 系統(tǒng)介紹
        5.1.1 無中心裁決雙模冗余熱備系統(tǒng)
        5.1.2 系統(tǒng)主要功能與性能指標(biāo)
    5.2 板級功能測試
        5.2.1 SRAM讀寫測試
        5.2.2 FPGA編程燒寫測試
        5.2.3 SpaceWire通信功能與DPRAM讀寫測試
    5.3 系統(tǒng)仲裁切換功能驗證
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
附錄 A 元器件基本失效率計算公式
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]一種基于openVPX的通用信號處理平臺設(shè)計[J]. 許烈華.  電訊技術(shù). 2012(05)
[3]用AT91RM9200構(gòu)建高可靠嵌入式系統(tǒng)[J]. 邢維艷,王寶軍,劉東.  單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2007(02)
[4]非相似余度飛控計算機[J]. 陳宗基,秦旭東,高金源.  航空學(xué)報. 2005(03)
[5]嵌入式故障注入器HFI-4的研究與設(shè)計[J]. 董劍,曲峰,劉宏偉,崔剛.  小型微型計算機系統(tǒng). 2003(12)
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博士論文
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碩士論文
[1]基于TSC695F的高可靠星載嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 凌幸華.復(fù)旦大學(xué) 2009
[2]分布式容錯計算機余度管理技術(shù)研究[D]. 姚蔚華.長安大學(xué) 2006
[3]基于實時操作系統(tǒng)的多機冗余、容錯技術(shù)研究[D]. 徐美榮.浙江大學(xué) 2006
[4]星載并行計算機硬件系統(tǒng)可靠性設(shè)計與分析[D]. 趙恒.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2005
[5]星載并行計算機體系結(jié)構(gòu)的研究與實現(xiàn)[D]. 劉光輝.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2005



本文編號：3228356