基于进化硬件的自修复TMR系统设计及其可靠性分析

将进化硬件与传统TMR容错设计思想相结合,提出了一种具有在线自修复功能的自修复TMR系统设计方法。该系统具有多重容错和修复机制:总体采用TMR,可自动检测到故障模块;系统中每个模块均采用组件备份法,可通过组件切换法快速修复模块故障;而模块中每个组件也可通过进化进行修复。因而具有更强的容错能力和更高的可靠性。以具有片内三模冗余的2 bit乘法器为例进行了验证。最后,给出了该系统的可靠性模型,推出了可靠性计算公式,从理论上对该系统的可靠性进行了分析。结果表明:该系统能有效修复stuck-at故障,具有更长的使用寿命和更高的可靠性。     

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     

三模冗余中局部重构及模块同步技术研究

传统的三模冗余方法仅能容错,无法进行故障修复,当两个模块出错时系统将无法正常工作;采用局部动态可重构技术虽然可以修复故障,但修复后的模块与其他模块状态不同步,无法立即工作,需等待系统完成当前任务后重新同步,在同步前如果另有模块发生故障,系统仍将无法工作。本文对三模冗余系统中的模块同步方法进行了研究,当某一故障模块被重构修复后,可以迅速与其他模块同步,尽快加入系统工作,避免因故障积累造成的系统失效。该方法可以有效缩短冗余模块从故障修复到重新加入系统工作之间的等待时间,大大提高三模冗余的可靠性。     

基于DSP与FPGA的双余度飞机交流一次配电控制器设计

为提高飞机配电系统的可靠性,设计了一种双余度飞机交流一次配电控制器。对以DSP为核心的处理器模块进行冗余设计,每个处理器设置相应的故障检测机制,由FPGA构成的仲裁切换模块根据故障检测结果进行余度切换与管理;采用外触发中断方式控制双机运行周期,实现双机同步。从而实现了双处理器容错控制,有效地提高了控制器的可靠性。     

FPGA块存储器的多位翻转容错设计

在高可靠性航空航天、航空电子设备和军用应用中,辐射引发的多比特翻转(MBU)成为FPGA存储器的一个主要的可靠性问题;传统的单比特错误纠正(SEC)和双比特错误检测(DED)无法对FPGA存储器发生的MBU故障提供防护,引发存储器的存储故障;为了减少MBU造成的影响,设计了RM(2,5)编码防护系统对FPGA块存储器进行容错防护,实现了单个码字小于4位的翻转错误的纠正;对RM编码系统进行了三模冗余设计,解决了RM码不具备抗辐射的缺陷;设计的RM(2,5)编译码模块在Xilinx Virtex-5 FPGA中实现,编码模块频率以225.284 MHz运行,占用LUT资源1.33％;通过理论分析和硬件实验表明,该错误检测与纠正(EDAC)系统能够纠正4位以下的翻转,提高FPGA存储器的可靠性.     

一种硬件监视的关键数据管理算法

为了提高三模冗余容错计算机的故障恢复效率,缩短故障恢复时间,提出并设计实现了一种基于硬件监视的关键数据链表式管理恢复算法,克服了传统容错计算机在故障恢复方面的缺陷.利用系统运行过程中CPU的空闲时间与串行数据交换通道,在不中断系统工作的情况下,对三模冗余容错计算机进行无缝恢复,保证了系统在故障恢复时工作的连续性,同时给出了系统的具体恢复过程和测试结果.实验结果验证了该方法的可行性和可靠性.     

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。     

系统异构冗余容错设计研究

提出了一种新的三模异构冗余自修复系统的设计方法,设计出了异构评价函数。利用演化硬件具有自适应与自修复的功能,实现了具有N模冗余特性的三模冗余电路。首先,利用遗传算法进化出3个原始功能电路;然后,每进化出一个具有相同功能的电路进行一次非相似度评价,选择出非相似度最大的3个电路保留,并进行应用。当3个异构电路中有一个出错后,对故障电路屏蔽,可进化修复该出错电路,并重新投入运行。从而大大地提高了容错性能,且具有体积小、成本低、功耗小、不影响系统正常运行等优点。利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)对二位比较器进行容错设计验证,分析比较了非相似度评价在异构设计中的作用与影响,实验结果证明了新方法的可行性和电路的高度可靠性。     

基于TMR-EHW的高可靠性电机控制系统

为提高恶劣环境中控制系统的可靠性,将三模块冗余（TMR）容错与演化硬件（EHW）自修复相结合,实现基于TMR—EHW结构的现场可编程门阵列电机控制系统。该系统利用TMR快速发现和定位故障,屏蔽出错模块并保持容错运行,利用EHW进行自修复,使出错模块恢复正常工作,系统可靠性得到提高。