基于CPU使用率监测的软件容错研究

在硬实时操作系统中,任务超时运行将会给系统带来灾难性后果。为了提高系统的可靠性和容错能力,系统设计需要采取一定容错策略。系统的CPU使用率是实时系统运行正常与否的重要指标,其可以表征系统的时间特性和任务状态。针对CPU使用率的特点以及容错监测的要求,选取机器周期作为时间信息统计的基准;分析监测周期不同对监测效果的影响;提出了嵌入式实时系统CPU使用率异常的判决条件;并结合结构冗余和时间冗余的思想,设计了4种处置方法用于CPU使用率异常处置。仿真测试表明,基于CPU使用率监测的软件容错方法可以有效提高系统的可靠性和容错能力。     

基于PROFIBUS的双边剪控制系统的可靠性设计

针对一个兼有高度实时性和多机械联动的双边剪机组基于PROFIBUS的PLC控制系统，分析了造成系统不可靠的因素，提出了一整套故障预防和故障容错方案来提高系统的可靠性；故障预防主要靠硬件结构设计实现，而故障容错主要根据PROFIBUS--DP固有的特性和CPU强大的诊断能力通过软件实现；主要方法有：抗干扰设计、冗余设计、容错的协议机制、失效安全技术和程序测试；系统的稳定运行表明了该系统可靠性设计的有效性。     

基于ARM的无人机飞行控制系统的实现

以AT91M55800A微控器为核心设计并实现了基于ARM的新型无人机飞行控制器,详细给出了无人机飞行控制系统的设计原理和控制策略,介绍了基于μC/OS-Ⅱ实时操作系统的飞行控制软件的功能模块和任务划分方法,着重说明了各个任务之间的任务调度策略;对设计中的关键技术进行了研究,系统具有设计精炼,可靠性高,开放性等特点.     

嵌入式多任务软件混合自容错机制

分析安全关键应用对嵌入式系统自容错能力的需求,进而研究嵌入式系统中关键任务状态的形式化描述方法及任务故障的自监测机制。在此基础上,提出一种基于策略的嵌入式多任务软件混合自容错机制。在该机制中,软件系统在监测各任务实体运行时状态的基础上,可依据不同方法对故障任务进行自恢复处理,并尽量保证系统主要功能的可靠性与稳定性。实验结果表明,该机制有助于从嵌入式软件方面提高嵌入式系统的可靠运行能力。     

基于实时多任务操作系统的动力翼伞系统设计

为了确保动力翼伞控制器的多功能实现及其系统稳定运行，设计了一种基于实时操作系统μC/OS-III的动力翼伞控制系统。系统基于Cortex-M4内核的微控制器STM32F407IGT6和Cortex-M3内核的微控制器STM32F103VCT6硬件平台，采用μC/OS-III系统实现了飞行模式选择、GPS采集、控制量计算、地面站交互、舵机位置采集、横向控制、纵向控制和系统信息读写等任务。详细介绍了系统总体构成以及软硬件实现方法。实验表明，采用μC/OS-III对动力翼伞系统进行实时多任务管理，可以最大化利用CPU资源，提高系统的运行效率，增强系统的稳定性和实时性。     

基于AT91M55800无人机飞行控制系统设计与实现

本文介绍了ATMEL公司的ARM7处理器AT91M-55800A的性能特点．给出了基于AT91M55800A处理器的无人机飞行控制系统的设计原理和控制策略，介绍了基于μC／OS-Ⅱ实时操作系统的飞行控制软件的功能模块和任务划分方法．着重说明了各个任务之间的任务调度策略。     

基于多DSP的无人机飞行控制软件设计

结合正在参与的某型同定翼飞机控制系统的设计,分析在多CPU飞控机上飞行控制软件的设计,飞行控制计算机是以3块DSP2812作为控制单元,一块主CPU两块从CPU,两块从CPU各自分担一部分工作,减轻了主CPU的负担,相关DSP之间通过双口RAM进行数据交换,在μC/OS嵌入式实时操作系统上完成对飞行控制软件的设计,本设计实现了3块CPU协同运转和飞控软件的模块化,可靠性高,便于维护和功能的扩展,具有实际的应用价值.     

基于VxWorks的高可用容错系统的设计与实现

文中设计了一种容错系统,该系统是建立在应用程序层之下、操作系统层之上位置结构的中间件。系统由三模冗余与其之间的通信链路组成系统的硬件结构以及由故障检测模块（对节点的检测和对应用程序的检测）、故障处理模块所组成的软件部分构成。基于VxWorks实时操作系统,设计了一种高可用的容错中间件系统,分析了系统的组成原理,给出了基于心跳检测的故障检测机制和N版本编程方法进行故障检测,以及前向和后向任务恢复方法进行故障恢复,并实现了原型系统。试验表明：给出的容错中间件系统具备了基本的容错能力,可有效提高系统的可用性和可靠性。     

基于 VxWorks 的高可用容错系统的设计与实现

文中设计了一种容错系统,该系统是建立在应用程序层之下、操作系统层之上位置结构的中间件.系统由三模冗余与其之间的通信链路组成系统的硬件结构以及由故障检测模块(对节点的检测和对应用程序的检测)、故障处理模块所组成的软件部分构成.基于 VxWorks 实时操作系统,设计了一种高可用的容错中间件系统,分析了系统的组成原理,给出了基于心跳检测的故障检测机制和 N 版本编程方法进行故障检测,以及前向和后向任务恢复方法进行故障恢复,并实现了原型系统.试验表明:给出的容错中间件系统具备了基本的容错能力,可有效提高系统的可用性和可靠性     

基于VxWorks的小型无人机飞行控制软件设计

针对小型无人机功能日益复杂,迫切需要提高实时性与可靠性等现状,开发了一套基于VxWorks实时操作系统的小型无人机飞行控制软件,实现了无人机自主起飞、空中巡航和自主着陆等飞行控制功能;在完成软件需求分析的基础上,设计了飞行控制软件的总体结构,并结合VxWorks操作系统的运行机制给出飞行控制软件模块化设计方案,着重介绍了多任务环境下任务划分及优先级分配策略;半物理飞行仿真试验表明:该飞行控制软件能够实现自主、指令、人工3种飞行模式下的飞行控制功能,具有良好的实时性和可靠性,满足飞行控制软件最初的设计需求,同时大大降低了开发难度,提高了软件的可维护性和可移植性。     

RTEMS嵌入式系统中的软件容错设计

为了提高嵌入式系统在恶劣环境下的可靠性,除了在硬件上采用诸如双机冷备份之类的容错方案外,在实时操作系统级提供软件容错处理功能既可以减小硬件资源开销,又可以在不影响系统工作效率的前提下明显提高系统的容错纠错能力.本文针对RTEMS实时操作系统缺乏软件容错支持功能的不足,在操作系统级设计了一套两级软件容错的方案,提高了嵌入式系统的可靠性.     

一种基于多处理机的容错实时任务调度算法

容错是实时系统的重要要求,在实时系统中,若一个实时任务没在规定的时间期限内完成,则认为系统出现错误,针对多处理机实时系统提出了一种容错调度算法．算法采用了任务的主从备份技术和Ｆｉｒｓｔ－ｆｉｔ启发式方法,通过为可能因处理机故障而执行失败的实时任务预留重新运行的时间来实现容错功能;并通过对预留时间段的重叠利用和无错时预留时间的回收分配,来提高处理机的利用率和系统对任务的接收率．模拟结果表明算法是有效     

基于制式CPU板的主机容错设计

给出了一种基于制式ＣＰＵ板的矿用计算机监控系统的主机容错设计方案。对其构成和工作原理进行了描述。利用可靠性马尔可夫模型所作的分析和实验表明，该设计能够在高可靠度下长期工作，且有组态灵活，通用性强，易于工程实现的特点。     

TMR计算机系统分布与容错工作方式间的切换

ＦＴ－ＨＩＴ是我们自行研制的三模冗余航天容错计算机。系统采用硬件三模冗余结构和主要由软件实现容错的冗余管理模式，具有容错计算和分布处理两种工作方式，保证了航天容错计算机的高可靠性和强大的处理能力。本文主要论述其容错和分布两种工作方式间的切换机理并给出具体的实现算法，算法对于一     

基于VxWorks的MUAV飞行控制系统设计

针对微小型无人机（MUAV）功能要求复杂,迫切需要提高可靠性与实时性等现状,以嵌入式实时操作系统VxWorks为平台,完成了MUAV飞行控制软件系统的开发,实现了多传感器数据采集、捷联解算、卡尔曼滤波、飞行控制、地面通信、故障处理等多项功能。给出了基于Vxworks的MUAV飞行控制软件系统中多任务划分、优先级分配的方法,对各模块进行了详细设计,并利用多任务机制对单任务飞控软件存在的不足之处作出了改进。外场试验与对比试验证明：嵌入式实时操作系统的引入显著提高了MUAV飞行控制系统的实时性与可靠性。     

高实时性的无人机飞控软件测试系统设计

机载计算机作为无人机系统的控制核心,在设计过程中对其进行性能监测及功能验证是保证其正常工作的基本途径;运行于机载计算机内的飞控软件已成为无人机飞控系统设计中最重要的因素之一,采用Labview和RTX搭配的建模方式,模拟无人机机载计算机的真实硬件环境,在Windows操作系统下构建一套高实时性的测试系统方案,完成对机载计算机飞控软件的实时监测评估和性能测试;经实际测试,该系统能够实现对无人机飞控软件的实时监测和测试,实时性带来的实时误差不超过1％.     

主动容错副本存储系统的可靠性分析模型

主动容错机制通过预先发现即将故障的硬盘来提醒系统提前迁移备份危险数据,从而显著提高存储系统的可靠性。针对现有研究无法准确评价主动容错副本存储系统可靠性的问题,提出几种副本存储系统的状态转换模型,然后利用蒙特卡洛仿真算法实现了该模型,从而模拟主动容错副本存储系统的运行,最后统计系统在某个运行时期内发生数据丢失事件的期望次数。采用韦布分布函数模拟设备故障和故障修复事件的时间分布,并定量评价了主动容错机制、节点故障、节点故障修复、硬盘故障以及硬盘故障修复事件对存储系统可靠性的影响。实验结果表明,当预测模型的准确率达到50%时,系统的可靠性可以提高1~3倍;与二副本系统相比,三副本系统对系统参数更敏感。所提模型可以帮助系统管理者比较权衡不同的容错方式以及系统参数下的系统可靠性水平,从而搭建高可靠和高可用的存储系统。     

Fault‐tolerant RT‐Mach (FT‐RT‐Mach) and an application to real‐time train control

Even though real‐time systems have the stringent constraint of completing tasks before their deadlines, many existing real‐time operating systems do not implement fault tolerance capabilities. In this paper we summarize fault tolerant real‐time scheduling policy for dynamic tasks with ready times and deadlines. Our focus in this paper is the implementation, which includes fault‐tolerant scheduling, re‐scheduling, and recovery mechanisms in the FT‐RT‐Mach operating system, a fault‐tolerant version of RT‐Mach. A real‐time train control application is then implemented using the FT‐RT‐Mach operating system. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

Reliability Growth Modeling and Optimal Release Policy Under Fuzzy Environment of an N-version Programming System Incorporating the Effect of Fault Removal Efficiency

Failure of a safety critical system can lead to big losses.Very high software reliability is required for automating the working of systems such as aircraft controller and nuclear reactor controller software systems.Fault-tolerant softwares are used to increase the overall reliability of software systems.Fault tolerance is achieved using the fault-tolerant schemes such as fault recovery (recovery block scheme),fault masking (N-version programming (NVP)) or a combination of both (Hybrid scheme).These softwares incorporate the ability of system survival even on a failure.Many researchers in the field of software engineering have done excellent work to study the reliability of fault-tolerant systems.Most of them consider the stable system reliability.Few attempts have been made in reliability modeling to study the reliability growth for an NVP system.Recently,a model was proposed to analyze the reliability growth of an NVP system incorporating the effect of fault removal efficiency.In this model,a proportion of the number of failures is assumed to be a measure of fault generation while an appropriate measure of fault generation should be the proportion of faults removed.In this paper,we first propose a testing efficiency model incorporating the effect of imperfect fault debugging and error generation.Using this model,a software reliability growth model (SRGM) is developed to model the reliability growth of an NVP system.The proposed model is useful for practical applications and can provide the measures of debugging effectiveness and additional workload or skilled professional required.It is very important for a developer to determine the optimal release time of the software to improve its performance in terms of competition and cost.In this paper,we also formulate the optimal software release time problem for a 3VP system under fuzzy environment and discuss a the fuzzy optimization technique for solving the problem with a numerical illustration.