基于演化硬件的容错系统设计技术研究

提出了一种基于演化硬件的N 模异构冗余容错系统设计方法．首先,改进了一种多目标进化算 法,利用改进的优化算法来设计多模冗余系统目标数字电路;然后,提出了多模数字电路设计的异构评价策 略,以用于N 模异构电路的优化设计;最后,将设计的异构数字电路用于组成N 模冗余容错系统,以提高容 错系统的可靠性．对单目标与多目标设计电路、同构与异构冗余电路的容错性能进行了理论分析和对比,给 出了异构电路评价方法和选择策略．以8 线—3 线编码器作为设计实例,实验结果证明了基于多目标进化设 计的异构电路所组成的容错系统具有更好的容错能力．     

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。     

基于共参考点冗余的航空总线容错接收方法研究

通过对航空总线数据收发方式的研究,提出了一种新型冗余模式,并以ARINC429总线为例,具体设计并实现了这种方法;该方法通过供参考点的方法,引入了硬件冗余,采用模糊算法作为恢复算法,推理出正确的信息,并结合校验位进行纠错;为避免单粒子效应,采用分层三模冗余的方式实现了这种接收方法;基于FPGA实现了这种方法,对受到干扰时ARINC429信号的接收,并用进行了仿真验证;验证结果说明,这种方法不仅能识别出因受干扰而产生的错误数据,还能对大部分错误数据进行纠错,具有极强的抗干扰能力。     

容错的冗余设计分析

研究冗余设计的失效率计算问题，分析了多路冗余的共因对失效率的影响，从理论上 证明了只有充分地减少多多路冗余的公共失效因素才能有效地降低系统的失效率。     

软件双冗余容错系统的容错能力和性能分析

双冗余是比较常用的冗余容错设计方法.软件双冗余容错系统通过冗余执行完成相同功能的两个软件副本,并检查它们的结果,根据两者结果是否一致来判断是否出现了错误.建立了软件双冗余容错系统的运行时模型,并引入了软件双冗余容错系统的容错能力的概念.根据该模型分析了单个软件副本的容错能力对软件双冗余容错系统的容错能力和性能的影响.分析结果显示,提高单个软件副本的容错能力不仅能够提高软件双冗余容错系统的容错能力,还能够提高系统的性能.但在极端情况下,双冗余容错系统的容错能力也可能会小于单个软件副本的容错能力.     

容错计算机联锁系统

容错计算机联锁系统是使用容错计算机构成的车站计算机联锁系统,其基本思想是：通过TMR的硬件冗余方式,实现系统的高可靠性和高安全性.该文将介绍我国两种典型的容错计算机联锁系统(TYJL&TR9、DS6&20型),并对其可靠性和安全性进行定量的分析.     

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。     

容错电子系统体系结构述评

高可靠电子系统(例如飞机的飞行控制系统、全权限数字化发动机控制系统和其它系统)已被引入商用、军用飞机和航天器。早期有代表性的飞控系统,如F16和A320的飞控系统成功地利用冗余和容错电子设备提供所需的可靠性和安全性,但却有着显著不同的结构。本文对容错结构进行分类,介绍了不同容错结构的特征,还指出了各自的优缺点。     

多机容错操作系统DFTOS的设计与实现

本文介绍了一个适于三模冗余容错计算机系统的系统管理软件ＤＦＴＯＳ，它是一个多机容错操作系统，具有分布处理和容错计算功能，并且与用户具有良好的接口关系，方便用户对系统的使用和开发。     

生物启发的容错计算技术研究

作为复杂的长寿系统的标志性特性,容错性由传统的技术实现起来极为困难。受复杂的生物系统的高度容错性启发,文章以POE模型为基础研究了生物启发的容错计算技术的三个主要领域(胚胎电子学、免疫电子学和可进化的硬件),介绍了胚胎电子细胞阵列的层次结构及容错策略;论述了免疫电子学的重要成就、免疫-胚胎电子学的一般结构和抗体学习及可进化的硬件的主要机理;讨论了生物启发容错计算的研究前景。     

基于硬件演化的电子电路故障自修复研究综述

阐述了硬件演化的基本原理, 对基于硬件演化的故障自修复国内外现状作了详细的介绍, 对故障自修复中重要的步骤作了说明, 并指出了目前存在的问题和改进的方向。基于硬件演化的故障自修复必将具有广阔的前景和重大的工程应用价值。     

可生存系统的分层冗余结构与实现

传统网络安全技术无法保证某些实时系统及统可生存能力方法的研究分析的基础上,提出了可生存系统的分层冗余结构模型.该模型在各个层次上引进异构组件及互监视机制,既可避免基于主动响应的可生存系统检测能力和响应速度的缺陷,又能解决基于同构冗余的可生存系统无法抵抗可重复攻击的问题.实践结果表明,与传统的可生存系统模型相比,提出的分层冗余结构在系统受到恶意攻击或系统部分组建受损的情况下仍能维持一定程度的工作并持续提供服务.     

复杂数字电路多级在线进化技术研究

复杂数字电路的在线进化是目前演化硬件领域的难题之一.本文阐述了基于多级分解进化的复杂数字电路在线进化思想,给出了数字电路进化设计算法,分析了数字电路编码方案,研究了数字电路在线验证评估方法,设计了适应度函数,给出了数字电路在线进化设计实验系统方案.以典型数字电路为例,验证了多级分解进化方法的有效性,实验结果表明,采用多级分解进化方法可大大提高数字电路在线进化设计的速度与成功率,也有利于提高数字电路在线验证评估效率.     

进化硬件异构系统技术研究

针对传统同构系统对于共模干扰的影响容易引发并发故障问题,设计一种容错能力更强的异构冗余系统.从图论中得到启发,结合多目标遗传算法,给出异构系统设计的原理与流程,构造了异构度更高的冗余系统,从而增强了系统的容错性能.以D触发器作为设计实例,结果证明了基于多目标进化设计的异构电路所组成的异构系统具有更好的容错能力.     

水厂自动化监控系统设计及容错技术应用研究

自动化监控系统已成为许多工业企业中非常重要的部分,而容错技术是保证系统可靠性的有效方法。本文以自行研制开发的某水厂自动化监控系统为例,首先介绍了系统的设计和实现方法。该系统采用三层网络结构来完成对水厂各设备的监控,通过PLC实现设备数据的采集,Profibus-DP和以太网实现数据的传送。分析了监控系统中常用容错技术的原理,并详细介绍了系统中容错技术的实现方法。该系统在某水厂得到了成功的应用,取得了满意的效果。     

基于EHW的可进化传感器的研究

为克服常规传感器对信号采集和处理的局限,探求了一种具有智能传感并自适应于外部环境的机理,将常规传感器和可进化硬件相结合,提出了一种可进化传感器的基本框架,介绍了基于遗传算法和可进化硬件原理的具有自适应能力和容错特性的可进化传感器的初步研究。     

一种INS-GPS-DVL容错组合导航系统

针对某船载导航系统精度和容错性能不能满足应用要求的问题,提出了一种基于信息融合技术的容错组合导航系统方案。研究了该组合导航系统的滤波算法,通过半物理仿真实验研究了该导航系统的性能。结果表明：所设计的组合导航系统可提供高精度的导航信息,提高导航系统综合性能。