文档介绍：国防科学技术大学
硕士学位论文
高可靠星载双机备份系统的设计与评估
姓名:贾文涛
申请学位级别:硕士
专业:计算机科学与技术
指导教师:张春元
2010-11
国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
摘要
星载计算机系统作为卫星星务处理和控制的核心,其可靠性和性能直接决定
了卫星星务处理的能力。随着航天技术日新月异的进步,对星载计算机系统的可
靠性和性能提出了越来越严苛的要求,研制高可靠、高性能的星载计算机系统成
为一个必须迎接的挑战。
双机备份技术是目前星载计算机系统最常用的容错技术,特别是温备份和热
备份方式广泛应用于卫星。本文针对传统备份方式的不足,设计了主机和备机的
运行方式相区分的双机备份方式。与传统备份方式相比这种方式有明显特点:1、
双机系统的运行方式有区分,主机侧重于进行星务处理,而备机侧重于进行故障
检测与处理;2、备机进行故障自检以减少因备机故障而导致的比对结果不一致;
3、比对不一致时先进行故障类型判别,如果是瞬时故障只需要进行系统恢复;4、
硬件看门狗对星务程序的控制流进行检测,实现了对星务程序的结果和控制流的
综合监控。
针对提出的运行方式区分的双机备份方式,本文完成了完整的星载双机备份
系统的设计与实现,研制出了原型系统。星载双机备份原型系统星务处理正确、
运行稳定。
为了精确的评估星载双机备份系统的实际容错效果,本文对原型系统进行了
硬件故障注入试验。本文根据星载双机备份系统中故障传播的过程和发生 SEU 的
特性,设计了接近真实的故障注入试验方式;并向采用 EDAC 容错的 SRAM 和采
用 TMR 容错的 FLASH 分别实施了故障注入试验;对试验数据进行分析,评估了
EDAC、TMR 和双机备份技术的实际容错效果。试验表明本文设计的星载双机备
份系统具有较强的容错能力,可以极大的提高系统的可靠性和性能。

主题词:双机备份技术;星载计算机;容错技术;故障注入技术
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国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
ABSTRACT
As the center of satellite application process and control, the reliability and
performance of On-puter directly decides the ability of satellite application
process. With the rapid development of technology, the reliability and performance of
OBC is ing more and more important and essential. It’s both necessary and
challenging to develop an OBC system with high reliability and high performance.
Dual redundant technique is a powerfull fault-tolerant monly used
by current OBC systems, especially the hot-redundant technique. the paper presents a
new redundant approach with different operation modes. Compared with typical
redundant approaches, there are several features of the approach presented in the paper.
First, the operation modes of dual system are different. The puter focuses on
satellite applications, while puter focuses on system reliability. Second, the
puter detects faults to avoid the output difference caused by faults of the slave
computer. Third, if the output is different, the approach will determine whether the type
of the fault is instantaneou