一種面向衛(wèi)星的輪換式星載計算機(jī)容錯系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及星載計算機(jī)容錯技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種面向衛(wèi)星的輪換式星載計算機(jī)容錯系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]星載計算機(jī)長期工作在充斥著高能帶電粒子的復(fù)雜太空環(huán)境中，當(dāng)電子器件受到輻射攻擊時，會因單粒子效應(yīng)以及總劑量效應(yīng)產(chǎn)生瞬時故障(可恢復(fù)性故障)以及永久故障(不可恢復(fù)性故障)，因此設(shè)計科學(xué)高效的中心計算機(jī)容錯策略至關(guān)重要。
[0003]傳統(tǒng)的星載計算機(jī)容錯系統(tǒng)通常有如下幾種:雙機(jī)冷備份容錯結(jié)構(gòu)、雙機(jī)熱備份容錯結(jié)構(gòu)、三機(jī)熱備份容錯結(jié)構(gòu)(包括多機(jī)熱備份容錯結(jié)構(gòu))，對于以上三種容錯方案，熱備份系統(tǒng)功率較大，而冷備份系統(tǒng)實(shí)時性差，三機(jī)熱備份開銷相對雙機(jī)更大。隨著空間任務(wù)對衛(wèi)星可靠性和服務(wù)聯(lián)系性的要求日益提高，星載計算機(jī)作為信息處理的核心單元應(yīng)在滿足高可靠性要求的同時盡可能在發(fā)生故障時減少故障對衛(wèi)星正常工作狀態(tài)和服務(wù)的影響，因此需要一種面向衛(wèi)星、低耗能的計算機(jī)容錯系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種綜合了雙機(jī)冷熱備份和三級備份、兼顧了實(shí)時性和可靠性的面向衛(wèi)星的輪換式星載計算機(jī)容錯系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種面向衛(wèi)星的輪換式星載計算機(jī)容錯系統(tǒng)，包括控制模塊、存儲模塊、單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C，其中
[0006]控制模塊，包括控制單元、表決器，控制單元從外界獲取狀態(tài)信息參數(shù)，按照狀態(tài)信息參數(shù)設(shè)置單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C的狀態(tài)模式，接收單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C發(fā)送的任務(wù)重要度參數(shù)后控制表決器進(jìn)行表決，
[0007]如果三個任務(wù)重要度參數(shù)表決結(jié)果為1，則進(jìn)入TMR三機(jī)冗余模式，控制表決器對存儲模塊中單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C的處理結(jié)果進(jìn)行表決，
[0008]如果三個任務(wù)重要度參數(shù)表決結(jié)果為0，則進(jìn)入“主熱冷”模式，任意指定一臺單機(jī)為主機(jī)、一臺單機(jī)為熱備機(jī)、一臺單機(jī)為冷備機(jī)，將主機(jī)的處理結(jié)果輸出，監(jiān)測主機(jī)、熱備機(jī)、冷備機(jī)的狀態(tài)信息參數(shù)；
[0009]如果熱備機(jī)的狀態(tài)信息參數(shù)變?yōu)?，則判定熱備機(jī)故障，控制冷備機(jī)切換為熱備機(jī)，當(dāng)故障熱備機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位并排除故障時，則將故障熱備機(jī)切換為冷備機(jī)并繼續(xù)“主熱冷”模式，當(dāng)故障熱備機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位不能排除故障時，則排除故障熱備機(jī)，進(jìn)入“雙機(jī)模式”，并繼續(xù)監(jiān)測主機(jī)與熱備機(jī)的狀態(tài)信息參數(shù)；
[0010]如果主機(jī)狀態(tài)信息參數(shù)變?yōu)?，則判定主機(jī)故障，控制熱備機(jī)切換為主機(jī)，當(dāng)故障主機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位并排除故障時，則控制故障主機(jī)切換為熱備機(jī)，并繼續(xù)“雙機(jī)模式”，當(dāng)故障主機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位不能排除故障時，則排除故障主機(jī)，進(jìn)入“單機(jī)模式”，并控制主機(jī)保存主機(jī)每段程序起始地址，如果主機(jī)狀態(tài)信息參數(shù)變?yōu)?且進(jìn)行復(fù)位能夠成功排除故障，則回到當(dāng)前執(zhí)行程序的初始位置重新執(zhí)行，否則判定容錯系統(tǒng)崩潰；
[0011]如果熱備機(jī)狀態(tài)信息參數(shù)變?yōu)?且該熱備機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位并排除故障，則繼續(xù)“雙機(jī)模式”，如果該熱備機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位不能排除故障，則排除該熱備機(jī)，進(jìn)入“單機(jī)模式”，并控制主機(jī)保存主機(jī)每段程序起始地址，如果主機(jī)狀態(tài)信息參數(shù)變?yōu)?且進(jìn)行復(fù)位能夠成功排除故障，則回到當(dāng)前執(zhí)行程序的初始位置重新執(zhí)行，否則判定容錯系統(tǒng)崩潰;
[0012]如果主機(jī)的狀態(tài)信息參數(shù)變?yōu)?，則判定主機(jī)故障，控制主機(jī)復(fù)位并控制熱備機(jī)切換為主機(jī)，冷備機(jī)切換為熱備機(jī)，當(dāng)故障主機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位并排除故障時，則將故障主機(jī)切換為冷備機(jī)并繼續(xù)“主熱冷”模式，當(dāng)故障主機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位不能排除故障時，則排除故障主機(jī)，進(jìn)入“雙機(jī)模式”，并繼續(xù)監(jiān)測主機(jī)與熱備機(jī)的狀態(tài)信息參數(shù)；
[0013]如果主機(jī)狀態(tài)信息參數(shù)變?yōu)?，則判定主機(jī)故障，控制熱備機(jī)切換為主機(jī)，當(dāng)故障主機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位并排除故障時，則控制故障主機(jī)切換為熱備機(jī)，并繼續(xù)“雙機(jī)模式”，當(dāng)故障主機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位不能排除故障時，則排除故障主機(jī)，進(jìn)入“單機(jī)模式”，并控制主機(jī)保存主機(jī)每段程序起始地址，如果主機(jī)狀態(tài)信息參數(shù)變?yōu)?且進(jìn)行復(fù)位能夠成功排除故障，則回到當(dāng)前執(zhí)行程序的初始位置重新執(zhí)行，否則判定容錯系統(tǒng)崩潰；
[0014]如果熱備機(jī)狀態(tài)信息參數(shù)變?yōu)?且該熱備機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位并排除故障，則繼續(xù)“雙機(jī)模式”，如果該熱備機(jī)在設(shè)定次數(shù)以內(nèi)復(fù)位不能排除故障，則排除該熱備機(jī)，進(jìn)入“單機(jī)模式”，并控制主機(jī)保存主機(jī)每段程序起始地址，如果主機(jī)狀態(tài)信息參數(shù)變?yōu)?且進(jìn)行復(fù)位能夠成功排除故障，則回到當(dāng)前執(zhí)行程序的初始位置重新執(zhí)行，否則判定容錯系統(tǒng)崩潰；所述狀態(tài)信息參數(shù)為設(shè)置單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C狀態(tài)模式的參數(shù)，當(dāng)狀態(tài)信息參數(shù)為O時，對應(yīng)單機(jī)為主機(jī)狀態(tài)模式，當(dāng)狀態(tài)信息參數(shù)為I時，對應(yīng)單機(jī)為熱備機(jī)狀態(tài)模式，當(dāng)單機(jī)狀態(tài)信息參數(shù)為2時，對應(yīng)單機(jī)為冷備機(jī)狀態(tài)模式，當(dāng)狀態(tài)信息參數(shù)為3時，對應(yīng)單機(jī)發(fā)生故障；所述任務(wù)重要度參數(shù)為置于星載任務(wù)數(shù)據(jù)內(nèi)的代表星載任務(wù)數(shù)據(jù)重要性的參數(shù)，當(dāng)任務(wù)重要度參數(shù)為I時，代表星載任務(wù)數(shù)據(jù)重要，當(dāng)任務(wù)重要度參數(shù)為O時，代表星載任務(wù)數(shù)據(jù)一般；
[0015]表決器，對單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C發(fā)送的任務(wù)重要度參數(shù)進(jìn)行表決；從存儲模塊中讀取單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C的處理結(jié)果，并對處理結(jié)果進(jìn)行表決，將多數(shù)相同的處理結(jié)果輸出；
[0016]單機(jī)A，從外界獲取星載任務(wù)數(shù)據(jù)后提取任務(wù)重要度參數(shù)并送至控制單元，對星載任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果送至存儲模塊；
[0017]單機(jī)B，從外界獲取星載任務(wù)數(shù)據(jù)后提取任務(wù)重要度參數(shù)并送至控制單元，對星載任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果送至存儲模塊；
[0018]單機(jī)C，從外界獲取星載任務(wù)數(shù)據(jù)后提取任務(wù)重要度參數(shù)并送至控制單元，對星載任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果送至存儲模塊；
[0019]存儲模塊，接收單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C發(fā)送的處理結(jié)果，并進(jìn)行存儲。
[0020]所述的單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C均有看門狗電路檢測該單機(jī)的程序是否跑飛，當(dāng)該單機(jī)程序跑飛時看門狗電路將該主機(jī)狀態(tài)信息參數(shù)置為3。
[0021]所述的設(shè)定次數(shù)為3。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0023](I)本發(fā)明容錯系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比融合了任務(wù)等級與備份思想，兼顧了實(shí)時性和可靠性，能更好的應(yīng)對星載計算機(jī)因?yàn)閱瘟Ｗ有?yīng)及總劑量效應(yīng)產(chǎn)生的瞬時故障、永久故障等問題；
[0024](2)本發(fā)明容錯系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比綜合了雙機(jī)冷熱備份和三機(jī)備份，不僅具有三機(jī)備份使容錯系統(tǒng)可靠性能更高的優(yōu)勢，還能夠轉(zhuǎn)換為雙機(jī)熱備份來提高實(shí)時性能；
[0025](3)本發(fā)明容錯系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，采取可降級的容錯備份方案，能夠靈活改變?nèi)蒎e系統(tǒng)容錯模式，延長了系統(tǒng)的使用時間；
[0026](4)本發(fā)明容錯系統(tǒng)具有完整的三機(jī)、雙機(jī)及單機(jī)模式下的重構(gòu)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移策略，狀態(tài)轉(zhuǎn)移充分考慮了各機(jī)的工作狀態(tài)，保證處理結(jié)果的可靠。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明容錯系統(tǒng)三機(jī)拓?fù)浼軜?gòu)圖；
[0028]圖2本發(fā)明容錯系統(tǒng)工作流程圖；
[0029]圖3本發(fā)明容錯系統(tǒng)三機(jī)模式下輪換式重構(gòu)和降級狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；
[0030]圖4本發(fā)明容錯系統(tǒng)雙機(jī)和單機(jī)模式下輪換式重構(gòu)和降級狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明涉及一種面向衛(wèi)星的輪換式星載計算機(jī)容錯系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)融合了冷備份和熱備份容錯策略的優(yōu)點(diǎn)，可以同時滿足衛(wèi)星可靠性和實(shí)時性要求，可用于星載計算機(jī)的容錯設(shè)計中。本發(fā)明一種面向衛(wèi)星的輪換式星載計算機(jī)容錯系統(tǒng)如圖1所示包括控制模塊、存儲模塊、單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C，其中
[0032]控制模塊包括控制單元、表決器，控制單元從外界獲取狀態(tài)信息參數(shù)，按照狀態(tài)信息參數(shù)設(shè)置單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C的狀態(tài)模式，接收單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C發(fā)送的任務(wù)重要度參數(shù)后來決定單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C的容錯模式；表決器在TMR三機(jī)冗余模式時從存儲模塊中讀取單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C的處理結(jié)果，并對處理結(jié)果進(jìn)行表決，將多數(shù)相同的結(jié)果輸出，狀態(tài)信息參數(shù)為設(shè)置單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C狀態(tài)模式的參數(shù)，當(dāng)狀態(tài)信息參數(shù)為O時，對應(yīng)單機(jī)為主機(jī)狀態(tài)模式，當(dāng)狀態(tài)信息參數(shù)為I時，對應(yīng)單機(jī)為熱備機(jī)狀態(tài)模式，當(dāng)單機(jī)狀態(tài)信息參數(shù)為2時，對應(yīng)單機(jī)為冷備機(jī)狀態(tài)模式，當(dāng)狀態(tài)信息參數(shù)為3時，對應(yīng)單機(jī)發(fā)生故障；任務(wù)重要度參數(shù)為置于星載任務(wù)數(shù)據(jù)內(nèi)的代表星載任務(wù)數(shù)據(jù)重要性的參數(shù)，當(dāng)任務(wù)重要度參數(shù)為I時，代表星載任務(wù)數(shù)據(jù)重要，當(dāng)任務(wù)重要度參數(shù)為O時，代表星載任務(wù)數(shù)據(jù)一般；單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C從外界獲取星載任務(wù)數(shù)據(jù)后提取任務(wù)重要度參數(shù)并送至控制單元，對星載任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果送至存儲模塊；存儲模塊接收單機(jī)A、單機(jī)B、單機(jī)C發(fā)送的處理結(jié)果，并進(jìn)行存儲。
[0033]如圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖，包括以下步驟:
[0034]I)首先容錯系統(tǒng)進(jìn)入初始化狀態(tài)，三機(jī)中一機(jī)為主機(jī)、一機(jī)為熱備機(jī)、一機(jī)為冷備機(jī)，任意設(shè)定三機(jī)工作狀態(tài)，為A機(jī)作為主機(jī)、B機(jī)作為熱備機(jī)、C機(jī)作為冷備機(jī)(在狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中簡寫做:A主B熱C冷)。
[0035]2)每個單機(jī)看門狗電路開始監(jiān)控工作，當(dāng)輸入進(jìn)來的數(shù)據(jù)中任務(wù)重要度參數(shù)是I時，則切換為TMR三模冗余模式，B、C機(jī)狀態(tài)參數(shù)都設(shè)置為主機(jī)(冷備機(jī)需要上電并從主機(jī)A中復(fù)制程序和數(shù)據(jù))。TMR模式下(當(dāng)前每單機(jī)內(nèi)多模冗余模式參數(shù)為3)控制模塊中的表決器是一段從內(nèi)存中取出三機(jī)處理結(jié)果并進(jìn)行比較的程序，按照三取二原則，表決器留下多數(shù)相同的結(jié)果作為輸出。<