引 言
測控設(shè)備在信號檢測、工業(yè)控制、醫(yī)療儀器、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。目前測控系統(tǒng)大多是以工業(yè)控制計算機作為控制中心。但是這種方法主要有以下缺點： 一是工業(yè)控制計算機控制通信功能相對比較弱，要增強控制通信功能就必須外加很多電路，從而使系統(tǒng)設(shè)計復雜，系統(tǒng)可靠性難以提高；二是工業(yè)控制計算機體積較 大，不能滿足某些特定行業(yè)的需要；三是工業(yè)控制計算機不適合于環(huán)境惡劣和可靠性要求很高的場合。
在航空領(lǐng)域中，有眾多的測控儀器。這些儀器不僅要求可靠性高、重量輕、體積小，而且要求計算機抗惡劣環(huán)境能力強、能夠與各種不同的航電設(shè)備通信。而機載燃 油測控計算機就是一種典型的航空測量儀器，它為航空器駕駛員和其它航空設(shè)備提供重要的信息。它的工作是否可靠，直接關(guān)系到人民的生命財產(chǎn)安全。
針對以上情況，我們采用了通信功能強大的芯片MPC860為主要處理器，設(shè)計了一種以硬件容錯為基礎(chǔ)的高可信賴的專用計算機。
1 硬件容錯模型
容錯技術(shù)主要是依靠資源的冗余和系統(tǒng)重構(gòu)資源的精心組織來完成的。隨著半導體元件體積的縮小及成本的下降，以及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，在計算機容錯系統(tǒng)的設(shè)計中采用硬件冗余成為當前比較常用的方法。硬件冗余分為被動硬件冗余、主動硬件冗余和混合硬件冗余。
被動硬件冗余又稱為靜態(tài)硬件冗余。它應(yīng)用了故障掩蔽的概念，即是指冗余結(jié)構(gòu)并不隨故障情況變化的冗余形式。通常采用的結(jié)構(gòu)是三模冗余TMR(Triple Modular Redundancy)和二模冗余結(jié)構(gòu)。為了進一步提高系統(tǒng)的可靠性，可以采用N模冗余(NMR)。NMR與TMR的原理相同，只是采用N個相同的模塊。 N一般為奇數(shù)，以方便進行多數(shù)表決。NMR可以容忍(N一1)/2個故障模塊。
主動硬件冗余又稱為動態(tài)硬件冗余，主要采用重組技術(shù)。它通過故障檢測、故障定位及故障恢復來達到容錯的一種技術(shù)。主動硬件冗余的形式有雙機比較、備用替換 和成對備用。 帶熱備份的雙機比較系統(tǒng)是在增強型雙機比較系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一個熱備計算機，通常系統(tǒng)中帶有進行故障定位的自診斷程序。系統(tǒng)的工作原理是，系統(tǒng)開始以 雙機運行，當雙機比較系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，啟動自診斷程序進行故障定位，定位故障后，切換開關(guān)將故障機器從系統(tǒng)中切除并換上處于正常工作狀態(tài)的熱備計算機。系 統(tǒng)繼續(xù)以雙機模式運行。
根據(jù)上述增強型雙機比較系統(tǒng)模型及實際課題應(yīng)用要求，我們?nèi)サ袅吮容^器，熱備份計算機，提出了圖1所示的簡化雙機熱備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，并加以實現(xiàn)。 
圖1中，系統(tǒng)啟動時默認將計算機A作為主系統(tǒng)輸出，計算機B作為熱備機使用。A機與B機并行執(zhí)行相同的計算，且A機和B機各有獨自的外圍控制邏輯和外設(shè)， 既不會引起系統(tǒng)資源的競爭，又增加了整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當然，這樣是以花費更多的硬件設(shè)施為代價的。主備用機之間的切換用專門設(shè)計的仲裁檢測電路來實現(xiàn)。 仲裁檢測電路根據(jù)A機與B機周期向它發(fā)送的自檢信號來判斷A機系統(tǒng)與B機系統(tǒng)運行的狀況，并控制切換開關(guān)K1、K2的操作。①如果A機與B機均正常運行， 則將A機的運行結(jié)果作為系統(tǒng)輸出；②如果A機正常而B機故障，亦將A機的運行結(jié)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；③如果A機故障，B機正常，則進行開關(guān)切換操作，將B機的運行結(jié)果作為系統(tǒng)輸出，同時將A機的運行故障狀態(tài)報告給B機，并向A機進行復位控制操作 (所有的操作過程均作為日志文件保存在系統(tǒng)內(nèi)，停機后根據(jù)日志記錄將故障機轉(zhuǎn)入維修)；④如果A機與B機均故障，則由仲裁電路發(fā)出報警信號，表明系統(tǒng)不可 用。
2 設(shè)計方案及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的設(shè)計目標是實現(xiàn)一個機載 燃油測量嵌入式容錯管理 |
