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《嵌入式雙機容錯實時系統(tǒng)的可靠性設計.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、嵌入式雙機容錯實時系統(tǒng)的可靠性設計 容錯實時系統(tǒng)的研究主要集中在兩個方面：①改進實時調(diào)度算法，使之確保實時任務在正常運行和遇到錯誤時，均能在規(guī)定時限到來以前獲得正確的輸出。②將過去應用于普通計算機系統(tǒng)中的冗余容錯策略移植到實時系統(tǒng)中。 在具有硬件容錯能力的計算機系統(tǒng)中，其失效65%來自軟件，僅有8%來自于硬件。因此，軟件容錯能力成為決定計算機系統(tǒng)可靠性的關鍵。為了在出現(xiàn)硬件或軟件的暫時或永久故障的情況下，保證關鍵任務仍能在規(guī)定的時限范圍內(nèi)完成運算，并輸出正確的結果，提出一種雙處理器實時嵌入式容錯系統(tǒng)體系結構。該系統(tǒng)結構采用多處理器體系結構，實現(xiàn)計算機之間的通信，并無縫整合了計算機硬件
2、、操作系統(tǒng)、應用軟件級的軟件容錯設計，達到從整體上提高系統(tǒng)可靠性的目的。1雙機容錯實時系統(tǒng)的體系結構 本系統(tǒng)采用圖1所示的雙機容錯系統(tǒng)硬件結構模型。該系統(tǒng)在雙機比較系統(tǒng)的基礎上，結合多處理機的松耦合與緊耦合系統(tǒng)結構，在不同的處理機間通過通道互連實現(xiàn)通信，為在硬件容錯中結合軟件容錯提供可能?！ D1雙機容錯系統(tǒng)結構模型 A機和B機各有獨自的外圍控制邏輯和外設，這樣不會引起系統(tǒng)資源的競爭，增加整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當然，這樣是以花費更多的硬件設施為代價的。比較器及不一致檢測用專門設計的仲裁檢測電路來實現(xiàn)，其根據(jù)A機與B機周期向其發(fā)送的自檢測信號來判斷A機系統(tǒng)和B機系統(tǒng)運行的狀況?！ ‰p機
3、系統(tǒng)的運行狀態(tài)如下： ?、偃绻鸄機與B機均正常運行，則將計算機A作為主系統(tǒng)，計算機B作為備份使用，A機的運行結果作為系統(tǒng)輸出，A機運行到檢測點，向B機發(fā)送日志，B機更新日志列表?！ 、谌绻鸄機正常而B機故障，亦將A機的運行結果作為系統(tǒng)輸出，同時將B機的運行故障狀態(tài)報告給A機，并向B機進行復位控制操作?！ 、廴绻鸄機故障，B機正常，則進行開關切換操作，B機進行系統(tǒng)備份任務重調(diào)度，B機運行結果作為系統(tǒng)輸出，并向A機進行復位控制操作，在檢測點更新A機日志，保持需要備份的任務狀態(tài)一致。2軟件設計與實現(xiàn) 圖2所示模型結合嵌入式實時系統(tǒng)的體系結構，采用層次結構和模塊結構相結合，無縫整合了計算機硬件
4、、操作系統(tǒng)、應用軟件級的軟件容錯設計。在整體上采用分層的結構模型，克服了軟、硬件分離和脫節(jié)的問題，提高系統(tǒng)的靈活性和可移植性。模型的每一層均可以看作是一個相對獨立的系統(tǒng)。在每一層中按照系統(tǒng)功能，劃分不同的功能模塊。 圖2雙機容錯系統(tǒng)軟件體系結構 該系統(tǒng)采用對稱結構，為支持容錯處理，每個節(jié)點從下到上分為3個主要部分，即MCFT（MulTIprocessorCommunicaTIonforFaultTolerance）、RTOS系統(tǒng)級容錯組件、任務級動態(tài)冗余組件。2.1多機容錯通信模塊MCFT 在操作系統(tǒng)與硬件之間加入MCFT層，MCFT作為BSP（BoardSupportPack
5、age）的一部分，作為硬件平臺的抽象層，為操作系統(tǒng)提供統(tǒng)一的界面，提高系統(tǒng)的可移植性。有容錯需求的任務，通過MCFT所提供的功能傳遞日志，保持主系統(tǒng)和備份系統(tǒng)的關鍵任務的狀態(tài)和數(shù)據(jù)一致。MCFT屏蔽了底層通信的具體實現(xiàn)細節(jié)，使系統(tǒng)的實現(xiàn)與連接介質無關?！ PFT管理著一些數(shù)據(jù)包，并且在各個節(jié)點之間發(fā)送和接收這些數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的結構如下： 2.2RTOS系統(tǒng)級容錯組件 RTOS系統(tǒng)級容錯組件，包括系統(tǒng)內(nèi)核級容錯支持組件、系統(tǒng)自診斷組件和主/備用機切換支持組件?！ 。?）內(nèi)核級容錯支持組件 為支持操作系統(tǒng)級和應用級通信，在該系統(tǒng)中，每個節(jié)點上保存兩個對象表，一個本地任務表，一個容錯任
6、務表。本地任務表在每個節(jié)點上都是不同的，它包含在此節(jié)點上創(chuàng)建的所有任務。容錯對象表包含系統(tǒng)中所有的容錯任務，在所有節(jié)點上是一樣的。為保持在所有節(jié)點上容錯任務表的一致性，每個節(jié)點對容錯對象的創(chuàng)建、刪除等都必須通知給備份節(jié)點。利用檢查點技術和傳遞日志法，保持主系統(tǒng)和備份系統(tǒng)的備份任務的狀態(tài)和數(shù)據(jù)一致。一旦主機發(fā)生故障，系統(tǒng)程序自動進行主/備用機切換，備用機系統(tǒng)使備份任務就緒，利用實時任務的調(diào)度策略，使備份任務在備份機上發(fā)生重調(diào)度，成為主機。 ?。?）系統(tǒng)自診斷組件 如圖3所示，系統(tǒng)中采用自診斷的方法來診斷系統(tǒng)級的故障，用任務級的檢測來診斷應用級的故障?！ ∽栽\斷劃分為幾個不同的測試階段，系
7、統(tǒng)啟動自檢測階段和周期自檢測階段。自動啟動診斷的因素有：主/備用機定時切換和主機發(fā)生故障。周期自檢測階段根據(jù)系統(tǒng)需求，周期性檢測外設和通信口。每個階段對應設備的幾種功能塊，包括CPU的自診斷、中斷響應自診斷、串口自診斷、定時器自診斷、離散量自診斷、RAM自診斷等?！ ∮捎诮Y果比較是實時系統(tǒng)中任何事務處理都需要經(jīng)歷的步驟，因此把任務級的故障檢測放到結果判別部分進行?！ 。?）主/備用機切換支持組件 仲裁檢測電路中對主/備用機設置了“
