小衛(wèi)星以其研制周期短、發(fā)射方式靈活、成本低、風(fēng)險小等眾多優(yōu)勢,已經(jīng)成為航天領(lǐng)域研究的熱點。并行容錯星載計算機系統(tǒng)PFT-OBCS(Parallel Fault-Tolerance On-Board Computer System)是一個基于COTS技術(shù)實現(xiàn)的四CPU并行星載計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)以RTEMS和SPARC V8架構(gòu)的處理器為軟硬件平臺,具有基于消息傳遞的并行計算、狀態(tài)監(jiān)控與自主切換、數(shù)據(jù)交換與分發(fā)、軟件重注入、在軌功能重構(gòu)等功能。 本文對PFT-OBCS中的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,詳細分析了PFT-OBCS容錯結(jié)構(gòu)和RTEMS操作系統(tǒng)源代碼。在此基礎(chǔ)上,制定了容錯策略并對硬件提出了容錯支持要求,重點實現(xiàn)了一些有特色、實用性強的容錯技術(shù),如軟件重注入、從結(jié)點重啟等等。同時,結(jié)合系統(tǒng)容錯結(jié)構(gòu)和策略,使用組合模型與馬爾可夫模型對PFT-OBCS進行可靠性建模分析,指出了影響系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵部件。然后,對容錯模塊的功能和系統(tǒng)性能進行了測試。最后,通過對PFT-OBCS開發(fā)過程中的一些問題的總結(jié)與分析,提出了下一步工作的展望。

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 空間輻射環(huán)境
    1.3 星載計算機容錯技術(shù)
    1.4 本文的主要工作
    1.5 本文的結(jié)構(gòu)
第二章 容錯技術(shù)概述
    2.1 容錯技術(shù)基本概念
    2.2 故障原理與容錯方式
        2.2.1 故障、差錯與失效
        2.2.2 故障的分類
        2.2.3 基本容錯方式
        2.2.4 冗余
    2.3 軟件容錯技術(shù)
        2.3.1 恢復(fù)塊技術(shù)
        2.3.2 N-版本編程
        2.3.3 兩種技術(shù)的比較
    2.4 小結(jié)
第三章 PFT-OBCS容錯結(jié)構(gòu)設(shè)計
    3.1 微處理器與操作系統(tǒng)的選擇
        3.1.1 星載計算機微處理器
        3.1.2 星載計算機操作系統(tǒng)
    3.2 軟硬件平臺提供的容錯支持
        3.2.1 Watchdog
        3.2.2 停機指令
        3.2.3 優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)
        3.2.4 異常處理
    3.3 硬件容錯體系結(jié)構(gòu)
        3.3.1 CPU 模塊
        3.3.2 通訊模塊
        3.3.3 容錯模塊
        3.3.4 I/O 模塊
    3.4 小結(jié)
第四章 PFT-OBCS容錯策略設(shè)計與實現(xiàn)
    4.1 PFT-OBCS 容錯結(jié)構(gòu)分析
    4.2 PFT-OBCS 容錯策略
        4.2.1 節(jié)點失效處理
        4.2.2 I/O 失效處理
        4.2.3 在線升級與雙核機制
        4.2.4 在軌功能重構(gòu)
        4.2.5 容錯編程模式
    4.3 PFT-OBCS 容錯策略實現(xiàn)
        4.3.1 軟件重注入的實現(xiàn)
        4.3.2 從節(jié)點重啟的實現(xiàn)
    4.4 小結(jié)
第五章 基于組合模型和馬爾可夫模型的系統(tǒng)可靠性分析
    5.1 可靠性理論
        5.1.1 基本概念與定義
        5.1.2 可靠性計算模型
    5.2 PFT-OBCS 可靠性分析
        5.2.1 基于組合模型的可靠性分析
        5.2.2 基于馬爾可夫模型的可靠性分析
    5.3 基于可靠性的性能分析
        5.3.1 等效計算節(jié)點數(shù)
        5.3.2 各部件對等效計算節(jié)點數(shù)的影響
    5.4 小結(jié)
第六章 PFT-OBCS容錯模塊與系統(tǒng)性能測試
    6.1 容錯模塊功能測試
        6.1.1 相關(guān)概念與定義
        6.1.2 初始化過程測試
        6.1.3 節(jié)點失效與I/O 失效測試
        6.1.4 軟件重注入與雙核測試
        6.1.5 FPGA 重構(gòu)測試
    6.2 系統(tǒng)性能測試
        6.2.1 系統(tǒng)實時性測試
        6.2.2 系統(tǒng)計算性能測試
        6.2.3 ATM 網(wǎng)絡(luò)交換性能測試
    6.3 小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 工作總結(jié)
    7.2 當(dāng)前不足與未來的展望
        7.2.1 硬件結(jié)構(gòu)改進
        7.2.2 軟件結(jié)構(gòu)改進
        7.2.3 容錯調(diào)度算法
        7.2.4 其它
致謝
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的文章



本文編號：3895925