[發明專利]一種基于多模冗余嵌入式軟件的計算機系統及設計方法

在審

• 申請號: 201810940308.2
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109189600A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 張波;王詩利;姚天問;楊濤;楊曉龍
• 申請（專利權）人: 四川航天系統工程研究所
• 主分類號: G06F11/07
• 分類號: G06F11/07
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 王荔

1.一種基于多模冗余嵌入式軟件的計算機系統，其特征在于，由分別安裝在三臺計算機的三個冗余模塊組成，所述冗余模塊包括系統管理模塊、數據IO模塊、表決模塊、飛行控制模塊和記錄儀，其中：

系統管理模塊：用于系統啟動初始化和以上各模塊程序的燒錄；

數據IO模塊：設置于計算機CPU，用于通過冗余模塊的輸入接口接收外部冗余輸入的數據，并與飛行控制模塊通信；

表決模塊：設置于計算機CPU的表決FPGA，用于實現三個冗余模塊的同步、數據交互與表決輸出、故障檢測和系統重構；

飛行控制模塊：與記錄儀、數據IO模塊和表決模塊進行數據交互，用于指令處理和控制規律解算；

記錄儀：用于記錄和存儲數據，并與上位機進行數據交互。

2.根據權利要求1所述的一種基于多模冗余嵌入式軟件的計算機系統，其特征在于，所述表決模塊包括同步單元、故障檢測與系統重構單元、表決單元和數據交互單元，其中：

同步單元，用于控制三臺計算機在程序執行狀態、周期定時和時間基準上的同步，使三個冗余模塊得到相同的輸入信號，再將輸入信號同步發送給表決單元；

故障檢測與系統重構單元：用于通過自檢、互檢、他檢的檢測模式來進行單機故障檢測以及對故障機進行恢復；

表決單元：用于進行數據表決和輸出權表決，所述數據表決用于根據讀取的輸入數據表決出狀態信號，并根據狀態信號表決出輸出真值表的計算機；所述輸出權表決用于根據CPU輸出數據和心跳信號表決出輸出狀態信號的計算機；

數據交互單元：包括交互SRAM，用于本機CPU讀取數據和另外兩個CPU寫入數據。

3.一種基于多模冗余嵌入式軟件的計算機系統設計方法，其特征在于，包括：

步驟S1：在三臺計算機上分別部署冗余模塊，完成系統初始化和各模塊程序的燒錄；

步驟S2：進行同步，若同步成功，三個冗余模塊中的數據IO模塊分別同步讀取輸入數據；

步驟S3：三個冗余模塊交叉傳輸所述讀取的輸入數據，并存儲至數據交互單元；

步驟S4：表決模塊進行輸入數據表決和輸出權表決，并將數據并聯輸出。

4.根據權利要求3所述的一種基于多模冗余嵌入式軟件的計算機系統設計方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括：

步驟S41：輸入數據表決；

步驟S42：控制規律解算和交叉傳輸解算結果；

步驟S43：輸出權表決和控制并聯輸出。

5.根據權利要求4所述的一種基于多模冗余嵌入式軟件的計算機系統設計方法，其特征在于，所述步驟S41具體包括：

步驟S411：三個CPU分別對各自的數據交互單元內的數據進行比對，表決出狀態信號，并反饋給各自的表決FPGA；

步驟S412：當出現表決不一致時，判斷是否為重構流程；如果是，則請求關鍵去數據，進行系統重構，否則，進入步驟S42。

6.根據權利要求5所述的一種基于多模冗余嵌入式軟件的計算機系統設計方法，其特征在于，所述步驟S43具體包括：

步驟S431：表決FPGA的表決單元根據CPU輸出的數據和心跳信號，表決出輸出狀態信號的CPU，并將所述狀態信號廣播給三個CPU；

步驟S432：CPU接收到廣播信號時與自身編號比對，若一致，則輸出控制信號進行并聯輸出。

7.根據權利要求6所述的一種基于多模冗余嵌入式軟件的計算機系統設計方法，其特征在于，所述步驟S431之前還包括：判斷交叉傳輸解算是否成功，如果不成功，則設置交叉傳輸故障，進入降級流程。

8.根據權利要求3-7中任意一項所述的一種基于多模冗余嵌入式軟件的計算機系統設計方法，其特征在于，所述步驟S2中的同步方式包括中斷同步和握手同步，所述握手同步包括任務同步、狀態同步和上電初始同步。

9.根據權利要求8所述的一種基于多模冗余嵌入式軟件的計算機系統設計方法，其特征在于，所述步驟S2中如果同步不成功，則設置同步標志故障，進入降級流程。

10.根據權利要求3-7中任意一項所述的一種基于多模冗余嵌入式軟件的計算機系統設計方法，其特征在于，所述步驟S3還包括判斷交叉傳輸是否成功，如果不成功，則設置交叉傳輸故障，進入降級流程。