基于实时高可靠容错架构的通讯协议研究

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:usagaoxing
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在航天领域,飞行控制计算机作为航天飞行器控制系统的核心功能部分,其可靠性要求不容置疑是很高的。本文主要以某型号航天飞行器的飞行控制计算机研制项目为背景,结合飞行控制任务的需求和特点,对飞行控制计算机的处理架构展开深入研究,并针对确立的“1+3模式”的冗余容错架构提出相适应的通讯协议。由于“1+3模式”冗余容错架构中控制节点与任务节点之间的通讯对于整个飞行控制任务的成败起着至关重要的作用,因此二者之间通讯协议的研究有着现实意义。首先,本文介绍了1553B总线及其相关概念,同时介绍了冗余容错技术、同步技术及可靠性模型,为论文深入研究飞控计算机容错架构提供了理论基础。其次,分析嵌入式计算机处理架构的基本处理模式,针对飞行控制计算机自身的任务特点从运算均衡的角度选择了适用于该型号飞行控制计算机的双处理机架构模式。结合冗余设计的基本原则对双处理机架构中各个功能模块进行了不同程度的冗余设计,提出两种处理架构,即“1+3模式”冗余处理架构和“3+3模式”冗余处理架构。然后通过可靠性分析中组合模型的方法对两个架构的可靠性进行了定量分析,最终依据航天领域的可靠性设计的基本原则确立了“1+3模式”冗余架构为飞行控制计算机的处理架构。再次,对于“1+3模式”冗余容错架构的分工协作的处理方式,通讯控制单元与飞行控制运算单元分别作为飞行控制计算机的控制中心及运算中心,两个任务单元交互的好坏直接关系到最终飞行控制任务的成败,为了满足两个任务交互的实时可靠性的要求,结合项目中飞行控制任务的需求特点,从交互方式、交互帧结构、同步机制等方面对二者之间的通讯协议进行设计。最后,利用嵌入式开发环境对所提出的通讯协议进行具体实现,并通过在模拟的航天飞行器控制系统中进行实验验证,得出该通讯协议完全满足飞行控制任务的需求。
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