[发明专利]一种基于多模冗余嵌入式软件的计算机系统及设计方法

说明书

本发明公开了一种基于多模冗余嵌入式软件的计算机系统，由三个冗余模块组成，包括：系统管理模块：用于系统启动初始化；数据IO模块：用于接收外部冗余输入的数据；表决模块：用于实现三个冗余模块的同步、数据交互与表决输出、故障检测和系统重构；飞行控制模块：用于指令处理和控制规律解算；记录仪：用于记录和存储数据，并与上位机进行数据交互。还公开了其设计方法，包括：步骤S1：分别部署冗余模块；步骤S2：同步后数据IO模块读取输入数据；步骤S3：三个冗余模块交互输入数据；步骤S4：表决模块进行输入数据表决和输出权表决。整个软件系统采用三模冗余体系架构，表决FPGA也采用三模冗余结构，出现故障时，实现系统的高可靠性。

技术领域

本发明涉及嵌入式软件可靠性设计技术领域，具体的说，是一种基于多模冗余嵌入式软件的计算机系统及设计方法。

背景技术

现有的嵌入式软件设计领域，随着对嵌入式任务要求不断提高，任务呈现出多样性和复杂性的特点。嵌入式软件在运行过程中，始终受到复杂环境的影响，如温度、大气、磁场、辐射、带电粒子等环境因素，都可能致使嵌入式硬件可靠性降低，从而发生故障；某些特殊的应用场景比如太空中，还要能适应恶劣的工作环境，特别是在太空环境中受到空间辐射(总剂量效应与单粒子效应)对嵌入式软件运行的可靠性造成了极大的威胁，比如运载火箭领域，只靠提高元器件的可靠性实现高可靠的系统，会给元器件制造造成难以克服的困难或要花费高的代价。在一定的可靠性水平的元器件基础上，采用软件冗余技术是提高系统可靠性，得到高可靠性系统的有效设计措施。而且由于太空环境中受到空间辐射，对计算机系统可能造成不可预知的错误，所以嵌入式软件一旦发生故障或者重启，使得系统工作瘫痪造成无法估量的损失，甚至带来巨大的灾难。因此，对于提高嵌入式软件运行的可靠性和安全性的研究显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多模冗余嵌入式软件可靠性设计方法及系统，用于解决现有技术中特殊的应用场景中嵌入式软件仅采用软件冗余技术提高可靠性容易在受到空间辐射时因软件系统故障时出现系统工作瘫痪的问题。

本发明通过下述技术方案解决上述问题：

一种基于多模冗余嵌入式软件的计算机系统，由分别安装在三台计算机的三个冗余模块组成，所述冗余模块包括系统管理模块、数据IO模块、表决模块、飞行控制模块和记录仪，其中：

系统管理模块：用于系统启动初始化和以上各模块程序的烧录；

数据IO模块：设置于计算机CPU，用于通过冗余模块的输入接口接收外部冗余输入的数据，并与飞行控制模块通信；

表决模块：设置于计算机CPU的表决FPGA，用于实现三个冗余模块的同步、数据交互与表决输出、故障检测和系统重构；

飞行控制模块：与记录仪、数据IO模块和表决模块进行数据交互，用于指令处理和控制规律解算；

记录仪：用于记录和存储数据，并与上位机进行数据交互。

原理：