实时操作系统CPU使用率监测的软件容错研究

在硬件实时操作系统中,系统CPU的使用率是系统性能的一项重要指标,如果任务占据了系统的全部CPU,其它任务将无法继续运行,给系统带来灾难性后果。 通过分析实时操作系统中软件运行的特点,系统设计需要采取一定容错策略,以提高系统可靠性和容错能力。在μC/ OS-Ⅱ实时操作系统下对飞行控制软件中的任务进行实时监测。首先给出在μC/ OS Ⅱ实时操作系统下CPU使用率的计算方法,合理提出CPU的监测周期。其次,给出对CPU使用率异常的故障检测算法,对故障进行故障处置,提高系统的容错能力。最后,通过在MPC5674飞行控制计算机中编写嵌入式飞行控制软件来验证四种对CPU使用率异常的处置方法。仿真结果表明,实时操作系统中CPU的软件容错方法可以有效提高系统可靠性和容错能力。     

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。     

实时嵌入式容错系统的关键技术研究

简要回顾了容错技术的发展过程并分析了不同故障模型下系统的客错方式.对于瞬时故障、间歇性故障的容错可采用软件冗余方法,在实时嵌入式系统中采用软件容错时必须考虑任务的可调度性;而永久性故障则采用硬件冗余方法来解决.在此基础上,描述了一种实时双机嵌入式容错系统的模型,研究了构建容错系统需要解决的双机同步、故障检测及仲裁切换等关键问题和相应的解决方法.     

一种分阶处理的软件自恢复方法

任务关键系统要求高可用性,因此当系统发生故障时需要快速恢复。由于任务关键系统中的故障多与软件相关,为满足恢复时间短、对系统副作用小等任务关键系统的恢复需求,提出一种分阶处理的软件自恢复方法。在预处理过程中,采用所提出的微重启技术自动修改二进制文件使其在出现异常时重启恢复成为一种自律行为;在系统运行时,采用所提出的基于MD5监测算法及热插拔技术的软件自修复方法对系统实施监测及自动修复。该方法可恢复系统内部失效如响应超时、资源泄漏等问题;对系统受到外部攻击的情况,如病毒修改二进制文件,非授权用户非法篡改系统文件等,该方法也可有效动态恢复,同时可以兼容系统动态升级需求。     

大功率煤电装备双绕组WFSMs系统容错运行方法

为了保证大功率矿山装备故障状态下的安全、可靠运行,提出一种大功率煤电装备双绕组电励磁同步电动机系统容错运行方法。首先,建立两相旋转坐标系下的双绕组WFSMs数学模型,选取气隙磁链为矢量控制主磁场,建立自切换电压、电流模型的混合气隙磁链观测器;在此基础上,基于主、从并联驱动机制完成双WFSMs矢量控制系统设计,并指出故障状态下WFSMs系统模型之间的变化关系,进而引入主动电流修正机制实现双绕组WFSMs容错运行。最后,2.5 MW双绕组WFSMs矿井提升机工业现场测试结果表明,所提方法在保证WFSMs驱动系统动、稳态性能的同时,可实现系统在故障状态下的容错运行。     

分布式嵌入式环境下的容错软件设计

在用于一些关键任务的环境中,由于软件故障而导致的后果是无法容忍的,软件容错技术应运而生而且变得越来越重要。针对分布式嵌入式环境的特点设计了一个容错软件,介绍了容错软件的结构以及各个模块的功能,并分析了节点监测、故障检测和服务迁移等关键技术。     

网口容错在嵌入式设备中的设计与实现

针对嵌入式网络设备的服务可靠性问题,现有的网口容错主要采用双网卡冗余设计,研究针对单网卡多网口的情况,提出了一种网口容错方法,该方法能有效利用系统带宽资源。提出的网口容错方法包括一种网口状态检测机制和故障网口服务数据迁移方法,并设计了相应的功能模块。故障检测模块实现基于Loopback的检测方法,容错处理模块则实现在检测到故障后,可将故障网口的服务负载数据根据迁移策略迁移到其余正常网口。所提出的方法实现了对网口工作状态的快速检测和负载数据的有效容错。该方法具有应用无关性、资源占用率低的特点,通过测试验证了该方法的可行性。     

基于FPGA的故障修复演化技术研究

演化硬件的自修复特性能够有效解决电路系统的可修复性故障,但演化硬件存在电路演化速度慢、演化成功率不高的缺陷,如何在修复约束期限内完成电路演化成为关键难点。提出一种基于演化硬件的实时系统容错架构,通过建立故障树实时监测电路故障,利用故障补偿机制维持系统正常运行,并采用演化硬件技术修复电路故障,实现故障的在线实时修复。采用FPGA构建容错系统测试环境,通过随机故障注入对比验证不同演化算法的自修复能力,实验结果表明,在实时性约束下故障电路的修复率达到95%,有效提升了系统的稳定性和可靠性。     

综合化模块化信息处理平台容错技术研究

综合化模块化信息处理平台是一个典型的分布式计算机系统,是新一代航电任务系统的中央核心处理系统,具备数据、信号、图形图像视频的综合处理能力。提出了综合化模块化信息处理平台容错技术,重点介绍了综合核心处理机系统容错原理、故障类型、故障检测机制以及故障处理方法。从软硬件系统全面考虑,运用系统容错技术进行错误检测与处理,大大提高了系统运行任务可靠性。     

基于Multi-agent的实时系统运行故障监控研究

软件密集型装备中常常包含着许多担负监测和控制作用的嵌入式实时系统,它们常常属于安全关键或者任务关键系统(safety-critical/mission-critical system)。为了能够有效解决该类系统中的软件故障检测、诊断与修复任务,本文提出了基于Multi-agent的实时系统运行故障监控框架,旨在利用在多agent的协作构建运行故障监控系统来在系统运行当中验证系统是否满足时序逻辑描述的性质规约,并采用具体的算法进行故障定位和修复。     

基于uClinux多类IPC的可靠嵌入式多任务软件

分析了uClinux中进程管理和多类IPC的特点，研究了基于uClinux进程机制的可靠嵌入式软件的设计方法，并提出了一种基于策略的多级故障自检测与自恢复机制。实际应用证明，该机制是有效的。     

融合上下文信息与自注意力机制的群组推荐算法

针对群组推荐中组内成员存在偏好动态复杂性的问题,群组成员间的偏好会彼此影响,提出了一种融合上下信息与自注意力机制的群组推荐算法。首先,为了更好地捕捉群组成员间的动态关系,利用自注意力机制自动学习群组内用户的上下文信息与群组中其他成员间的关系权重;其次,根据自注意力机制学习到的组矩阵取其均值嵌入得到群组偏好表示;最后,根据群组偏好利用贝叶斯个性化排序方法进行群组推荐。将提出的方法在MovieLens-1M和CAMRa2011两个数据集上进行实验,并且与基准算法进行比较分析,该方法在推荐的命中率HR和NDCG两个指标上均有提升,实验结果证明该方法得到了更优的群组推荐结果。     

采用自注意力机制和CNN融合的实体关系抽取

At present, the neural network model plays an important role in entity relationship extraction tasks. Features can be automatically extracted by a convolutional neural network, but it is limited because a fixed window size convolution kernel in a convolutional neural network is used to extract contextual semantic information of words in a sentence. Therefore, this paper proposes a new relational extraction method fusing self attention and convolutional neural network. The original word vector is calculated by the self attention mechanism to obtain the relationship between the words in the sequence. The input word vector expresses richer semantic information, which can make up for the deficiency of the automatic extraction features of the convolutional neural network. The experimental results on the SemEval 2010 Task 8 dataset show that, after adding the self attention mechanism, our model is beneficial to improve the entity relationship extraction effect.     

一种基于μC/OS-II符合OSEK标准的实时系统内核设计

一些安全关键任务系统对嵌入式操作系统的实时性和安全可靠性提出了更高的要求。设计并实现了一种满足OSEK/VDX标准且支持时间/事件混合触发的实时操作系统内核,该内核除具有事件触发的实时性好、使用方便、灵活性高等特点外,还具有时间触发的确定性和安全性等特点。此外,还提出并实现了一种基于静态表的混合任务调度策略,并给出了时间触发任务可调度性的静态测试算法,在保证事件触发灵活性的基础上,通过中断级和任务级时间/事件触发任务的灵活切换,可确保时间触发任务的确定性和安全性,并提高系统的利用率。实验结果表明,该内核可以有效支持时间/事件混合触发的任务调度,并具有良好的实时性与安全性。     

无人机系统自平衡容错控制与故障诊断

随着无人机的广泛普及和自主控制技术的深入研究,现代战争已经离不开无人机的身影。而无人机在其拥有特殊优势的同时也需要更多的维护来确保无人机执行任务过程中的安全。本文引入生物学思想中的自平衡理论,进行无人机容错控制与故障诊断系统设计,通过设计“平衡点”确定无人机的安全状态,并建立基于原始内驱力和次要内驱力的自平衡理论模型,将容错控制与故障诊断不仅应用于故障预测和健康管理,更创新提出将容错控制与故障诊断作为判断无人机是否可作为攻击时自杀武器的判据。仿真试验表明,无人机在穿越敌占区时,可根据自身的故障情况判断是否可以返航或作为自杀式武器,证明了算法的有效性。     

A values‐driven self‐organization mechanism for automating multiagent coordination

In distributed and open environments, MASs (multiagent systems) generally have no mechanisms for prior coordination and self‐organization has been believed to be the necessary selection to achieve the coordination of agents. This paper first presents a values‐driven model for self‐organization in which the expected emergent properties of a system are specified as the social values while the social values are realized via implicitly inducing members to regulate their individual values and adjust their behaviors to fit the expectations of the system. Based on the values‐driven self‐organization, this paper proposes an automated coordination mechanism for decentralized MASs. In this mechanism, by indirectly changing the difficulties in acquiring resources (which may be delegated to some special agents since MASs generally do not have substantial bodies), MASs can lead agents to regulate their values to be consistent with the social values of MASs so that the coordination of MASs can spontaneously emerge from the local behaviors of agents. Finally, this paper implements a simulation traffic system using the coordination mechanism based on values‐driven self‐organization to validate the emergence of coordination among multiple agents.     

基于自建模技术的电容土壤水分传感器研究􀀂

基于自建模技术研究了一种快速传感、低成本、高可靠性的土壤含水量传感器.土壤水分的快速传感受土壤类型影响很大,利用自建模技术,能有效地降低传感器受土壤类型的影响,将该模型内置于传感器中在农村得到广泛应用.     

基于小波能双重自恢复的音频数字水印算法

本文设计了一种在音频信息中加入双重图像作为数字水印,这些水印经过多种攻击能相互自恢复的算法。此算法实现了将双重图像作为数字水印嵌入到WAV音频载体中的过程,在实现过程中通过对载体进行3层小波分解,将数字水印的信息嵌入到第三层小波解的低频区,即CA3中,并对双重数字水印分别设置密钥,建立起两者间稳定的映射关系,能较好地以完成自恢复的功能。     

嵌入式Forth操作系统实时调度算法研究

针对目前嵌入式Forth操作系统中缺乏实时调度机制的问题,对基于Forth虚拟机架构的嵌入式操作系统中多任务调度的关键技术进行了研究。采用Forth虚拟机技术,新定义了一种中断任务类型来处理实时突发事件,并给出了一种新的任务调度算法来调度 Forth系统中终端任务、后台任务以及中断任务顺利运行。实验结果表明,改进后的 Forth 系统能够通过实时调度处理突发事件,并且实时响应度高,尤其适用于对实时性有要求的嵌入式环境中,以满足日趋复杂的嵌入式环境对高效操作系统和 Forth 技术的应用需求。     

应用中的嵌入式Linux实时优化

以Linux2.6为对象，在分析了国内外有关提高Linux实时性的几种方法的基础上，对任务切换、优先级调度算法以及中断服务程序提出了改进方式。引入了“在实时系统中，只有当进程的临界区能在下一个实时任务开始之前结束才被允许进入”的任务切换机制，实现了优先级置顶的方法以避免发生优先级倒置的现象，并用内核线程代替中断服务程序。上述方法可用在嵌入式领域和对实时性有较高要求的Linux应用中。