發(fā)布時(shí)間：2024-02-05 08:13

　　小衛(wèi)星以其研制周期短、發(fā)射方式靈活、成本低、風(fēng)險(xiǎn)小等眾多優(yōu)勢,已經(jīng)成為航天領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。并行容錯(cuò)星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)PFT-OBCS(Parallel Fault-Tolerance On-Board Computer System)是一個(gè)基于COTS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的四CPU并行星載計(jì)算機(jī)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(tái),具有基于消息傳遞的并行計(jì)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(jìn)行了研究,詳細(xì)分析了PFT-OBCS容錯(cuò)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(cuò)策略并對硬件提出了容錯(cuò)支持要求,重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一些有特色、實(shí)用性強(qiáng)的容錯(cuò)技術(shù),如軟件重注入、從結(jié)點(diǎn)重啟等等。同時(shí),結(jié)合系統(tǒng)容錯(cuò)結(jié)構(gòu)和策略,使用組合模型與馬爾可夫模型對PFT-OBCS進(jìn)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(cuò)模塊的功能和系統(tǒng)性能進(jìn)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(jì)算機(jī)容錯(cuò)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(cuò)技術(shù)概述
    2.1 容錯(cuò)技術(shù)基本概念
    2.2 故障原理與容錯(cuò)方式
        2.2.1 故障、差錯(cuò)與失效
        2.2.2 故障的分類
        2.2.3 基本容錯(cuò)方式
        2.2.4 冗余
    2.3 軟件容錯(cuò)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(cuò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.1 微處理器與操作系統(tǒng)的選擇
        3.1.1 星載計(jì)算機(jī)微處理器
        3.1.2 星載計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)
    3.2 軟硬件平臺(tái)提供的容錯(cuò)支持
        3.2.1 Watchdog
        3.2.2 停機(jī)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(cuò)體系結(jié)構(gòu)
        3.3.1 CPU 模塊
        3.3.2 通訊模塊
        3.3.3 容錯(cuò)模塊
        3.3.4 I/O 模塊
    3.4 小結(jié)
第四章 PFT-OBCS容錯(cuò)策略設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    4.1 PFT-OBCS 容錯(cuò)結(jié)構(gòu)分析
    4.2 PFT-OBCS 容錯(cuò)策略
        4.2.1 節(jié)點(diǎn)失效處理
        4.2.2 I/O 失效處理
        4.2.3 在線升級與雙核機(jī)制
        4.2.4 在軌功能重構(gòu)
        4.2.5 容錯(cuò)編程模式
    4.3 PFT-OBCS 容錯(cuò)策略實(shí)現(xiàn)
        4.3.1 軟件重注入的實(shí)現(xiàn)
        4.3.2 從節(jié)點(diǎn)重啟的實(shí)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(jì)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(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)
        5.3.2 各部件對等效計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)的影響
    5.4 小結(jié)
第六章 PFT-OBCS容錯(cuò)模塊與系統(tǒng)性能測試
    6.1 容錯(cuò)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(diǎn)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(shí)時(shí)性測試
        6.2.2 系統(tǒng)計(jì)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(jìn)
        7.2.2 軟件結(jié)構(gòu)改進(jìn)
        7.2.3 容錯(cuò)調(diào)度算法
        7.2.4 其它
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的文章



本文編號(hào)：3895925