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計算機控制系統的硬件冗余容錯分析

時(shí)間:2024-06-04 20:07:47 計算機應用畢業(yè)論文 我要投稿
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計算機控制系統的硬件冗余容錯分析

  動(dòng)態(tài)硬件冗余系統是由若干相同模塊共同組成的,以故障檢測及系統恢復等方式來(lái)達到容錯的一種硬件冗余系統,下面是小編搜集整理的一篇探究計算機控制系統的硬件冗余容錯的論文范文,歡迎閱讀參考。

  【摘 要】通過(guò)對計算機系統的硬件冗余容錯設計的特點(diǎn)分析及研究,得出冗余容錯設計應用;并總結其影響規律。

  【關(guān)鍵詞】冗余容錯設計 故障率 靜態(tài)冗余系統

  前言

  硬件是計算機的基礎,硬件容錯技術(shù)主要是利用多份硬件來(lái)實(shí)現的,即是利用冗余來(lái)實(shí)現容錯。并且硬件冗余的級別越低,故障率降低的效果越好,但增加了故障檢測和電路設計的困難。在實(shí)際應用中,最常見(jiàn)的有靜態(tài)冗余、動(dòng)態(tài)冗余和混合冗余等模式。

  1計算機控制系統的硬件冗余容錯設計

  1.1電路級冗余設計

  1. 2靜態(tài)冗余系統

  靜態(tài)冗余是指冗余結構相對固定,不隨發(fā)生故障的情況變化而變化的一種冗余形式。靜態(tài)硬件冗余的工作形式是將發(fā)生的故障加以隱蔽,來(lái)達到防止故障造成差錯的目的。靜態(tài)冗余的原理就是通過(guò)表決的形式來(lái)決定掩蔽發(fā)生的故障。靜態(tài)冗余模塊是系統運行時(shí)必要的組成部分,模塊在工作時(shí)全部參與運行,即多個(gè)模塊執行相同的功能,表決器通過(guò)多數一致原則輸出分析結果以達到隱蔽故障的目的。靜態(tài)硬件冗余的形式通常是三模冗余。即三個(gè)相同的模塊接收共同相同的輸入并將產(chǎn)生各自的結果,送至表決器。表決器的輸出則取決于模塊輸入結果。即如果有一個(gè)模塊故障,另兩個(gè)模塊正常,則正常模塊的輸出可將故障模塊的輸出屏蔽,以達到防止故障造成差錯的目的。

  1.3動(dòng)態(tài)冗余系統

  動(dòng)態(tài)硬件冗余系統是由若干相同模塊共同組成的,以故障檢測及系統恢復等方式來(lái)達到容錯的一種硬件冗余系統。動(dòng)態(tài)硬件冗余系統的特點(diǎn)是系統的冗余結構是隨故障情況的變化而發(fā)生變化,并且動(dòng)態(tài)硬件冗余系統在規定時(shí)間內進(jìn)行模塊重組并恢復正常運行;因此動(dòng)態(tài)硬件冗余系統是允許故障產(chǎn)生差錯,但避免差錯產(chǎn)生失效。

  動(dòng)態(tài)硬件冗余有備份替換和雙機比較兩種主要工作方式。

  1.4混合冗余系統

  混合冗余系統的實(shí)質(zhì)就是將靜態(tài)冗余系統和動(dòng)態(tài)冗余系統結合起來(lái)。通常,混合冗余系統由靜態(tài)冗余的TMR核心模塊、備份模塊、表決機構等組成,并由切換機構確保靜態(tài)冗余的TMR核心的完整性,即當TMR核心模塊中有一個(gè)發(fā)生故障,立即以無(wú)故障的備份模塊取代。

  2.計算機控制系統的硬件冗余容錯設計分析

  在電路級冗余設計中,從上面的結果可以看出,當開(kāi)路故障率比短路故障率小時(shí),以先串后并結構為好,反之以先并后串結構為好。

  靜態(tài)靜態(tài)冗余系統中,以三模冗余系統與單模系統可靠度的關(guān)系為例。三模表決系統的平均無(wú)故障時(shí)間是單模系統的5/6,那么,我們把兩者的可靠性曲線(xiàn)一起繪于圖1。由圖可見(jiàn),當Rt>0.5時(shí),三模系統的可靠度高于單模系統,當R(t)<0.5時(shí),三模表決系統的可靠度反而降低了。因而可得:只有當單模系統的可靠性比較高時(shí),所構成的多模表決系統才能有比單模系統更高的可靠度。

  動(dòng)態(tài)冗余系統由于系統恢復使用某種重組技術(shù),,系統的冗余結構將隨故障情況發(fā)生的變化而變化,因此這種技術(shù)不防止故障產(chǎn)生差錯,但防止差錯產(chǎn)生失效。

  在混合冗余系統中,當不一致檢測器檢測TMR模塊中有一個(gè)模塊的輸出結果與表決機構的輸出結果不一致時(shí),則系統將該模塊切換,并用備份模塊予以替換。只要有多數模塊輸出正確,則表決機構的輸出就是正確的。備用模塊是TMR模塊輸出結果不一致時(shí)替換TMR模塊,直至備用模塊全部用完,所以備份模塊的數量的越多,混合冗余系統的可靠性也就越高。由上可知,混合冗余系統利用其自身結構有效地使計算機系統運行的可靠性提高,并延長(cháng)了其無(wú)故障運行時(shí)間。

  3總結

  根據上述分析可知,在電路級冗余容錯設計中,應根據其短路故障概率及開(kāi)路故障概率來(lái)判斷其容錯設計型式。靜態(tài)冗余系統中,只有當單模系統的可靠性比較高時(shí),所構成的多模表決系統才能有比單模系統更高的可靠度。動(dòng)態(tài)冗余系統則需注意其適用范圍;旌先哂嘞到y則有較高的無(wú)故障運行時(shí)間。

  參考文獻:

  [1] 卓興中. EMP 效應下計算機容錯性能測試系統的研究與實(shí)現[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論文, 2009:

  [2] 周東華,葉銀忠著(zhù),現代故障診斷與容錯控制[M],清華大學(xué)出版社,2000
 


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