文档介绍：国防科学技术大学
硕士学位论文
星载计算机的硬件容错设计与可靠性分析
姓名:付剑
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
20091101
摘要运行。最后,在星载计算机的原型系统中实现了这些容错方案,证明了这些方案性模型。可靠性分析为系统能否完成预定任务提供科学的理论验证,以避免由于星载计算机是卫星的核心部件,主要负责姿态控制、任务管理、数据处理等任务。在空间辐射环境中,星载计算机内部的电子器件将受到高能粒子的严重影响,出现工作异常或故障。另外,星载计算机的工作具有长期性和不可维护性。因此,星载计算机需具备极高的可靠性,这对其容错设计与可靠性分析都提出了较高的技术要求。星载计算机的硬件容错设计是指在系统级、电路级、器件级等多个层次为星载计算机提供可靠的硬件设备支持。本文针对单粒子翻转效应,提出了可通信的高可靠双机温备方案和具有刷新功能的存储器容错技术,构成了基于的多级容错机制,旨在提高整个系统的抗单粒子翻转能力;同时,针对单粒子闭锁效应,设计了重启时间可控的抗单粒子闭锁电路,以保护关键器件和系统能够正常的正确性和可行性。可靠性分析是通过定性和定量的方法,为系统的可靠性及失效特性建立可靠设计失误而导致整体任务的失败。由于采用了多种容错设计方案,星载计算机的结构呈现出许多新特点,例如结构复杂、参数多样化等。本文将针对星载计算机的特点,从存储系统和星载计算机系统两个角度深入的研究星载计算机的可靠性分析问题。在存储系统的可靠性分析方面,本文将具有刷新功能的三模冗余存储系统视为半可修系统,提出了具有刷新功能的三模冗余存储系统的马尔可夫模型;同时,在对具有纠一检二功能的存储系统进行可靠性分析时,考虑了多次单粒子翻转发生在同一位这一特殊情况,给出了纠一检二存储系统同位多次故障模型,并在此基础上计算了存储系统的平均无故障时间。在星载计算机系统的可靠性分析方面,本文针对星载计算机这类由可修部件和不可修部件组成的复杂系统,提出了软硬件结合的可靠性分析方法,并以星载计算机原型系统为例进行了分析。同时,还分别从硬件和软件这两个角度出发,对该原型系统进行了可靠性分析,而且在从软件角度分析时,考虑了系统的切换时间,更精确的描述了系统的可靠性。统主题词:星载计算机,硬件容错设计,可靠性分析,马尔可夫模型,存储系国防科学技术大学研究生院硕士学位论文第
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国防科学技术大学研究生院硕士学位论文第
表目录中国卫星轨道姿态控制计算机的研究概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..表表四类过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表错误检测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表可靠度计算结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯国防科学技术大学研究生院硕士学位论文第页
薜乃⑿铝鞒獭图目录图图数字集成电路的主要单粒子效应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯的容错设计框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..星载计算机系统硬件结构框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯论文主要内容的组织结构及其相互关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.串联系统可靠性框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.并联系统可靠性框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.表决系统可靠性框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.系统状态转移图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.双机备份的四种工作方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯双机温备系统结构框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.可通信的高可靠双机温备系统结构框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.双机通信结构图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.测控应用程序流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.存储器容错设计总体框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.模块内部结构图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.呒硗肌乃⑿铝鞒獭抗;さ缏返幕∩杓啤的转移特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯宓牡缭醋;幌低场电源自动关断重启的实现图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.重启时间可控策略⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.系统重启情况图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..星载计算机原型系统实物图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.迥诓拷峁雇肌氯嗍录母怕士占洹三模冗余存储系统框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.具有刷新功能的三模冗余存储系统状态转移图⋯⋯⋯⋯⋯⋯