嵌入式实时控制系统硬件可靠性及应用研究

嵌入式实时控制系统硬件故障是造成系统失效的主要原因之一,针对此问题,首先定义嵌入式实时控制系统硬件体系结构;然后分析嵌入式实时控制系统的可用性和失效模式,并对单个IP硬核和嵌入式实时控制系统硬件应用Markov链建立了可靠性模型;最后用所建立的模型,对嵌入式联锁控制器硬件进行了可靠度计算和分析。通过计算可知,所建立的可靠性模型能够描述嵌入式实时控制系统硬件的状态变迁,并能定量预测和分析其可靠度,模型具有一定的实用价值。     

实时在线UPS电源监控系统硬件设计与分析

针对UPS电源监控方面存在的不足,设计了实时在线的监控系统。设计了系统的硬件功能模块,给出具体电路原理图;应用Markov理论,对系统的单个硬件功能模块和整个系统进行了可靠性分析与建模;应用所建立的模型,对单个硬件模块的可靠度和系统的可靠度进行了定量计算。通过分析计算,提出的方法具有一定的实用性。     

嵌入式系统硬件可靠性Copula方法建模与分析

嵌入式系统硬件的可靠性是十分重要的,它直接关系到嵌入式系统的质量和寿命。为了对嵌入式系统的硬件可靠性进行分析,利用Copula方法从硬件角度和层面对其进行研究。首先从嵌入式系统硬件的组成层面对其进行抽象定义;然后从组成嵌入式系统硬件的每个功能模块出发,对每个功能模块从软硬件综合角度进行可靠性建模,同时利用Copula函数建立了嵌入式系统硬件的可靠性模型;最后对嵌入式系统硬件可靠性模型的参数进行估计,给出具体的嵌入式系统硬件可靠性计算实例,并将所建立的模型与其他类型的Copula函数进行比较。通过实例化分析和验证结果表明,得到的嵌入式系统硬件Copula函数模型是切实可行的。     

一种嵌入式系统的可靠性测试与评价方法

使用Markov模型进行嵌入式系统的可靠性测评,能够明显地节约计算时间,并保证可靠性测评的准确性,因而越来越受到人们的关注。在Markov模型中,可以使用敏感性因子描述嵌入式系统可靠性,建立敏感性因子和测试资源的关联,为系统模块分配可靠性指标,把嵌入式系统的可靠性测试,转化为相应的优化问题。文中介绍了一种基于Markov模型的嵌入式系统可靠性测试与评价方法,包括测评框架、设计指标分配和敏感性分析等内容,说明如何依照可靠性测评框架对嵌入式系统进行可靠性测评。     

基于Copula的ERCS系统软硬件综合可靠性建模与分析

在现代的电子业、制造业和工业控制等系统中,系统的可靠性越来越重要,而嵌入式实时控制系统(Embedded Real-time Control System,ERCS)大部分是控制系统的核心部分,其系统可靠性尤为重要。首先对嵌入式实时控制系统软硬件进行形式化抽象定义;然后对不可再分的软件模块和IP硬核进行可靠性建模,应用Copula函数对软件子系统和硬件子系统分别进行建模,并建立了ERCS系统的软硬件综合可靠性Copula模型;最后应用建立的模型,对具体的系统进行了软硬件综合可靠性计算。通过实例计算可知,用Copula建立的ERCS软硬件综合可靠性模型考虑了软件各个模块间、硬件各个IP硬核间和软硬件间的相依性,使得ERCS软硬件综合可靠性比独立时有所提高。     

嵌入式实时控制系统软件可靠性建模与应用

嵌入式实时控制系统(ERCS)广泛应用于各种控制系统中,其软件不同于普通软件,除满足实时性要求外,可靠性也是相当重要的。首先对嵌入式实时控制系统软件进行形式化抽象定义,然后对不可再分的软件模块进行可靠性建模,并应用Copula函数对软件系统进行建模,最后应用建立的模型,对具体的系统进行了软件可靠性计算。通过实例计算可知,用Copula函数建立的嵌入式实时控制系统软件可靠性模型,考虑了软件各个模块的相依性,进而得到嵌入式实时控制系统软件模块相依的可靠度较各模块独立时有所提高。     

软硬件综合AADL可靠性建模及分析方法

目前嵌入式系统广泛应用于航空电子、远程医疗、汽车电子等具有高可靠性要求的系统中。随着嵌入式系统的复杂度越来越高,为了保障系统的高可靠性需求,需要在系统开发的早期设计阶段对系统的可靠性进行分析评估,以提高系统的开发效率。嵌入式系统中软件、硬件功能的失效都会对系统可靠性产生影响,而AADL的可靠性模型缺乏对硬件构件错误的影响及传播机制进行刻画分析的能力。本文综合考虑软、硬件错误发生失效后对系统可靠性的影响,提出了一种面向系统架构级别的软硬件综合可靠性分析方法。该方法基于电子电路设计中事务级建模方法,扩展了AADL事务级错误模型的语法和语义,来支持AADL对硬件构件错误传播的硬件功能行为建模,在此基础上,利用AADL模型实例化机制实现对嵌入式系统可靠性建模,刻画了错误行为在硬件构件之间、软硬件构件之间的传播与影响。同时,定义了AADL硬件构件事务级错误模型到广义随机Petri网模型的映射规则,实现了系统软、硬件综合的可靠性行为仿真计算模型组合,支持嵌入式系统的软硬件综合可靠性分析。论文开发了软硬件综合可靠性建模与分析工具原型,并以某型飞机空气增压系统为例,在航空电子系统架构设计中进行尝试,验证了该方法在复杂嵌入式系统设计中进行软硬件综合可靠性分析的可行性与优越性。     

双余度核电DEH设计与马尔科夫模型分析

可靠性在核电汽轮机数字电液控制系统(Digital electro-hydraulic control system,DEH)质量中至关重要;从提升系统可靠性的角度出发,分析了核电DEH的工作原理,设计了基于异构处理器的核电DEH系统,给出了 DEH的系统架构、硬件构成及双余度设计方案;基于马尔科夫过程理论建立了双余度核电DEH的可靠度函数模型,结合可靠性框图及双余度系统状态转移图对核电DEH做了失效分类;引入失效率、维修率、共因失效因子与诊断覆盖率等参数,建立了状态转移方程,分析了系统在不同生命周期基于马尔科夫模型的可靠度;通过一个实例检验了双余度核电DEH的可靠性,为工程设计人员提供了指导与参考.     

策略驱动的可靠嵌入式系统建模及分析方法

针对嵌入式系统的特点,提出一种策略驱动的可靠嵌入式系统建模与分析方法.基于Petri网建立嵌入式系统的形式化描述语言,并对设备、计算与物理交互、组件及通信过程等要素进行建模.分析嵌入式系统的主要故障类型和特征,探索嵌入式系统的可靠性保障策略.采用面向方面思想提取可靠性保障策略相关关注点.通过构造关注点模型,并利用编织机制,将关注点模型动态地集成为一个完整的嵌入式系统可靠模型.利用Petri网相关理论分析嵌入式系统可靠性保障策略的有效性.具体实例表明,该方法能够简化嵌入式系统的设计与分析过程,有效地提高嵌入式系统的设计质量.     

基于Markov链模型的MANET连通性分析

提出一种基于Markov链模型的移动Ad hoc网络（MANET）连通性分析方法。建立节点可靠性分析的Markov链模型,使之便于计算节点的可靠性概率。基于此,建立网络剩余节点数以及故障节点数状态转移的Markov链模型,并推导出计算节点随机网络连通概率的公式。通过Matlab仿真验证了理论分析的正确性。     

基于使用模型的嵌入式软件测试用例生成研究

基于Markov链使用模型的软件统计测试是产生高效测试用例,实现软件可靠性定量评估的有效方法。介绍了基于使用模型的统计测试方法,论述了使用模型的概念和特点,以及从使用模型中可以计算出的静态参数和它们在统计测试和软件开发中所起的作用。提出Markov链使用模型用于嵌入式软件的测试,从理论上得到嵌入式软件的可靠性。具体阐述了嵌入式软件的Markov链使用模,型自动生成测试模型的方法。同时使用改进的Kullback判别式探讨测试的可靠性问题,从理论上证明了测试链到使用链收敛的必然性。理论分析和初步的实例证明该方法是可行的和有前途的。     

嵌入式软件系统体系结构可靠性分析方法

AADL是嵌入式领域对SA进行建模、评估的常用方法,但其属于一种半形式化开发语言,无法直接对SA的可靠性进行验证。为此,提出一种基于AADL的可靠性分析框架,对SA的可靠性进行形式化验证。首先通过分析系统体系结构的元素关系,建立AADL可靠性模型;然后设计转换模型及其规则,将AADL模型转换为连续时间马尔科夫链模型;最后采用概率模型检验工具对连续时间马尔科夫链模型进行可靠性定量分析。仿真结果表明,与现有可靠性分析方法相比,该方法在计算效率和转换效率上都有明显的提高。基于AADL的可靠性分析框架实现在软件系统开发早期对SA进行可靠性定量计算,为AADL在嵌入式软件系统可靠性定量分析方面提供了一种新的验证思路。     

嵌入式高可靠性异构双机冗余系统的设计

以复杂电磁环境下嵌入式控制系统的可靠运行为设计目标,提出了基于ARM和FPGA的可重构双机并行处理模型,以期运用备份策略保证系统可靠性.进而,利用马尔可夫过程模型分析此系统的抗电磁干扰能力,证明本模型能够有效地提高系统可靠性.     

基于去噪技术的DSP语音识别系统设计

针对语音识别系统对抗环境噪声的实际需求,提出一种二次组合抗噪技术,研究并设计了一种以数字信号处理器(DSP)为硬件平台,以隐马尔可夫模型(HMM)为算法的抗噪声嵌入式语音识别系统.DSP采用型号为TMS320VC5509A的芯片,配以外围硬件电路构成语音识别系统的硬件平台.软件设计以离散隐马尔可夫模型(DHMM)为识别算法进行编程,系统软件主要有识别、训练、学习和USB四个主要模块.实验结果表明:基于二次组合去噪技术的语音识别系统有更好的抗噪声效果.     

面向闪存类存储设备嵌入式文件系统研究与实现*

介绍了面向闪存类设备的嵌入式文件系统.提出了一种不依靠任何操作系统,以单片机和闪存类设备为硬件基础的,依照FAT类型文件系统所构建的嵌入式主机文件系统的设计思路,详细地、分模块地对该系统进行了分析,并在实际开发和应用中已经得到了验证.