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RESEARCH ON THE PACKING ALGORITHM FOR ANTI-SEU OF FPGA BASED ON TRIPLE MODULAR REDUNDANCY AND THE NUMBERS OF FAN-OUTS OF THE NET
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作者 Cui Xiuhai Yang Haigang +1 位作者 Peng Yu Peng Xiyuan 《Journal of Electronics(China)》 2014年第4期284-289,共6页
Static Random Access Memory(SRAM) based Field Programmable Gate Array(FPGA) is widely applied in the field of aerospace, whose anti-SEU(Single Event Upset) capability becomes more and more important. To improve anti-F... Static Random Access Memory(SRAM) based Field Programmable Gate Array(FPGA) is widely applied in the field of aerospace, whose anti-SEU(Single Event Upset) capability becomes more and more important. To improve anti-FPGA SEU capability, the registers of the circuit netlist are tripled and divided into three categories in this study. By the packing algorithm, the registers of triple modular redundancy are loaded into different configurable logic block. At the same time, the packing algorithm considers the effect of large fan-out nets. The experimental results show that the algorithm successfully realize the packing of the register of Triple Modular Redundancy(TMR). Comparing with Timing Versatile PACKing(TVPACK), the algorithm in this study is able to obtain a 11% reduction of the number of the nets in critical path, and a 12% reduction of the time delay in critical path on average when TMR is not considered. Especially, some critical path delay of circuit can be improved about 33%. 展开更多
关键词 Field Programmable Gate Array(FPGA) triple modular Redundancy(tmr) Packing algorithm Fan-outs of the net Critical path delay
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基于TMR-EHW的高可靠性电机控制系统 被引量:4
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作者 褚杰 原亮 +2 位作者 赵强 丁国良 吴彩华 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第23期10-11,14,共3页
为提高恶劣环境中控制系统的可靠性,将三模块冗余(TMR)容错与演化硬件(EHW)自修复相结合,实现基于TMR-EHW结构的现场可编程门阵列电机控制系统。该系统利用TMR快速发现和定位故障,屏蔽出错模块并保持容错运行,利用EHW进行自修复,使出错... 为提高恶劣环境中控制系统的可靠性,将三模块冗余(TMR)容错与演化硬件(EHW)自修复相结合,实现基于TMR-EHW结构的现场可编程门阵列电机控制系统。该系统利用TMR快速发现和定位故障,屏蔽出错模块并保持容错运行,利用EHW进行自修复,使出错模块恢复正常工作,系统可靠性得到提高。 展开更多
关键词 三模块冗余 演化硬件 容错 自修复
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复杂电磁环境中高可靠性TMR-EHW电机控制电路设计 被引量:4
3
作者 褚杰 满孟华 +2 位作者 常小龙 原亮 魏明 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2314-2321,共8页
现代战场电磁环境日趋复杂、恶劣,导致大量电子装备受扰、损伤,其可靠性受到严重影响。为了进一步提高电子装备的可靠性,以无刷直流电机系统作为工程背景,将三模块冗余容错机制、多层前馈神经网络结构、演化硬件技术3者有机结合,实现了... 现代战场电磁环境日趋复杂、恶劣,导致大量电子装备受扰、损伤,其可靠性受到严重影响。为了进一步提高电子装备的可靠性,以无刷直流电机系统作为工程背景,将三模块冗余容错机制、多层前馈神经网络结构、演化硬件技术3者有机结合,实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的三模块冗余-演化硬件(TMR-EHW)无刷直流电机控制电路。通过实验证明:将TMR机制引入FPGA电机控制系统之中,可实现功能模块的故障自诊断,以容错运行方式保持系统正常输出,有效提高系统的可靠性;利用多层前馈神经网络结构组织FPGA中的电路资源,通过演化硬件技术实现故障后的功能自恢复。对TMR-EHW系统进行了可靠性分析,推导出该系统的可靠度计算公式。将TMR-EHW系统与单模块系统、普通TMR系统的可靠度进行了横向对比,结果表明TMR-EHW系统具有更高的可靠性和更强的适应性,证明了TMR-EHW技术的可行性与有效性。TMR-EHW电机控制电路系统能够适应并稳定工作于以较为复杂、多变的恶劣电磁环境。 展开更多
关键词 三模块冗余(EMR) 演化硬件(EHW) 神经网络 容错电路 无刷直流电机 可靠性
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基于进化硬件的自修复TMR系统设计及其可靠性分析 被引量:6
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作者 姚睿 王友仁 +1 位作者 于盛林 高桂军 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第8期72-75,78,共5页
将进化硬件与传统TMR容错设计思想相结合,提出了一种具有在线自修复功能的自修复TMR系统设计方法。该系统具有多重容错和修复机制:总体采用TMR,可自动检测到故障模块;系统中每个模块均采用组件备份法,可通过组件切换法快速修复模块故障... 将进化硬件与传统TMR容错设计思想相结合,提出了一种具有在线自修复功能的自修复TMR系统设计方法。该系统具有多重容错和修复机制:总体采用TMR,可自动检测到故障模块;系统中每个模块均采用组件备份法,可通过组件切换法快速修复模块故障;而模块中每个组件也可通过进化进行修复。因而具有更强的容错能力和更高的可靠性。以具有片内三模冗余的2 bit乘法器为例进行了验证。最后,给出了该系统的可靠性模型,推出了可靠性计算公式,从理论上对该系统的可靠性进行了分析。结果表明:该系统能有效修复stuck-at故障,具有更长的使用寿命和更高的可靠性。 展开更多
关键词 进化硬件 容错 三模冗余 自修复 可靠性分析
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可演化TMR容错表决电路的设计研究 被引量:2
5
作者 吴会丛 刘尚合 +1 位作者 赵强 原亮 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第5期370-373,共4页
在高温、辐射等恶劣环境下微电子设备的可靠性要求越来越高,利用演化硬件(EHW)原理,将EHW技术与三模块冗余(TMR)容错技术相结合,在FPGA上实现可演化的TMR表决电路,使硬件本身具有自我重构和自修复能力,大大提高了系统的可靠性。
关键词 演化硬件 三模冗余 现场可编程门阵列
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TMR计算机系统冗余单元间的恢复技术 被引量:2
6
作者 汪东升 郑纬民 杨孝宗 《小型微型计算机系统》 EI CSCD 北大核心 1997年第3期23-27,共5页
本文以我们自行研制的FT-HIT航天容错计算机为背景,论述三模冗余(TMR)计算机系统冗余单元间的运行环境信息恢复技术,包括运行环境信息的保存、信息的传送。
关键词 容错 故障恢复 计算机系统 tmr 冗余
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基于XC7V690T的在轨抗单粒子翻转系统设计
7
作者 夏俊 张嘉伟 +2 位作者 孙晨 朱昶文 江亚州 《计算机测量与控制》 2024年第3期267-272,279,共7页
针对核心工业级SRAM型FPGA芯片XC7V690T抗辐照能力较弱、在轨运行期间存在较高单粒子翻转风险的问题,为了提高XC7V690T在轨抗单粒子翻转的能力及配置文件注数修改的灵活性,设计了一种基于XC7V690T的在轨抗单粒子翻转系统架构;其硬件架... 针对核心工业级SRAM型FPGA芯片XC7V690T抗辐照能力较弱、在轨运行期间存在较高单粒子翻转风险的问题,为了提高XC7V690T在轨抗单粒子翻转的能力及配置文件注数修改的灵活性,设计了一种基于XC7V690T的在轨抗单粒子翻转系统架构;其硬件架构主要由XC7V690TSRAM型FPGA芯片、AX500反熔丝型FPGA芯片以及多片FLASH组成;软件架构主要包括AX500反熔丝型FPGA对XC7V690T进行配置管理及监控管理,对XC7V690T进行在轨重构管理,XC7V690T通过调用内部SEM IP核实现对配置RAM资源的自主监控和维护;在轨实验结果表明,采用工业级SRAM型FPGA芯片XC7V690T的某航天器通信机在轨测试过程中成功进行了SEM纠错,通信机在轨工作正常,通信链路稳定,满足使用要求,表明该系统架构可以有效提升XC7V690T抗单粒子翻转能力,可以为其他SRAM型FPGA抗单粒子翻转设计提供借鉴与参考。 展开更多
关键词 现场可编程门阵列 单粒子翻转 软错误缓解 三模冗余 刷新
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一种具有TSC功能的TMR系统表决器设计方法 被引量:2
8
作者 陈禾 毛志刚 叶以正 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第9期86-88,共3页
本文给出了一种具有完全自校验(TSC)功能的三模冗余(TMR)系统表决器的设计方法.与以往有关TMR自测试方面的研究相比,此电路是完全自校验的,它直接将表决器做成完全自校验的,不用在系统外另加冗余,适于VLSI实现.... 本文给出了一种具有完全自校验(TSC)功能的三模冗余(TMR)系统表决器的设计方法.与以往有关TMR自测试方面的研究相比,此电路是完全自校验的,它直接将表决器做成完全自校验的,不用在系统外另加冗余,适于VLSI实现.此设计思想很容易扩展成N模冗余系统完全自校验表决器的设计. 展开更多
关键词 三模冗余 完全自校验 表决器 逻辑电路
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TMR故障注入与验证方法研究与实现 被引量:2
9
作者 崔媛媛 张洵颖 肖建青 《计算机测量与控制》 北大核心 2014年第1期13-15,21,共4页
从系统验证和FPGA物理原型验证两个方面,分析了TMR结构的注错方式及其验证方法;通过在TMR结构中嵌入注错逻辑,并将所有组TMR寄存器的注错控制信号统一命名,作为系统的输入,根据随机生成的注错信息,索引对应的TMR寄存器,可实现向对用户... 从系统验证和FPGA物理原型验证两个方面,分析了TMR结构的注错方式及其验证方法;通过在TMR结构中嵌入注错逻辑,并将所有组TMR寄存器的注错控制信号统一命名,作为系统的输入,根据随机生成的注错信息,索引对应的TMR寄存器,可实现向对用户透明的任意TMR组中注错;将每组TMR寄存器的参考点和观测点引到设计的顶层统一命名,作为待测系统的输出,可适时观测对应TMR寄存器组的注错情况,分析故障电路的行为;为了解决调试机与FPGA板连接的引脚数受限的问题,特别设计了注错控制器和故障收集器;根据具体的注错情况,可编写对应的测试程序,验证设计的正确性,实验结果表明,SOC系统的错误故障率约占18.6%;为系统的可靠性评估提供了依据。 展开更多
关键词 三模冗余 故障注入 系统芯片 单粒子翻转 单粒子瞬态
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TMR加固的SpaceWire节点的设计与实现 被引量:2
10
作者 刘涛 贺强民 黄伟 《航天返回与遥感》 2012年第4期64-69,共6页
文章根据SpaceWire协议,在FPGA(Field Programmable Gate Array)上用VHDL(Very HighSpeed Integrated Circuit HardwareDescription Language)设计了SpaceWire协议节点软核,并分别使用XTMR(Xilinx Triple Modular Redundancy)软件设计... 文章根据SpaceWire协议,在FPGA(Field Programmable Gate Array)上用VHDL(Very HighSpeed Integrated Circuit HardwareDescription Language)设计了SpaceWire协议节点软核,并分别使用XTMR(Xilinx Triple Modular Redundancy)软件设计和手动代码设计对关键功能模块进行三模冗余设计,在FPGA上实现了SpaceWire节点的功能加固设计,提高了SpaceWire节点软核的可靠性,并与SpaceWire标准设备进行了数据传输,实现了加固的SpaceWire节点与SpaceWire标准设备之间的数据传输。 展开更多
关键词 SPACEWIRE IP软核 三模冗余设计 Xtmr 现场可编程门阵列
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考虑共因故障的TMR分布式控制系统的可靠性 被引量:1
11
作者 杨明极 曲祉双 《大连工业大学学报》 CAS 北大核心 2018年第2期146-151,共6页
在DCS系统的可靠性分析中,共因故障会对其造成不可忽略的影响。针对这一问题,对考虑共因故障的三重模件冗余分布式控制系统进行了可靠性研究。在考虑多种共因故障模式的前提下,建立基于三重模件冗余的分布式控制系统可靠性模型和马尔可... 在DCS系统的可靠性分析中,共因故障会对其造成不可忽略的影响。针对这一问题,对考虑共因故障的三重模件冗余分布式控制系统进行了可靠性研究。在考虑多种共因故障模式的前提下,建立基于三重模件冗余的分布式控制系统可靠性模型和马尔可夫模型;通过Matlab进行模型仿真,分析了故障检测率、修正率、故障因子对可靠性的影响,证明该系统具有较高的可靠性。根据分析得知减少共因故障和增大设备的检测覆盖率会使基于三重模件冗余的分布式控制系统的可靠性有明显的提高,风险降低因子提升一个数量级。 展开更多
关键词 分布式控制系统 三重模件冗余 马尔可夫模型
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基于忆阻器混合CMOS的三模冗余锁存器
12
作者 段鑫沛 肖平旦 +2 位作者 殷亚楠 周昕杰 刘兴强 《中国集成电路》 2024年第1期51-56,共6页
忆阻器的出现为后摩尔时代提供了一个全新的方案以顺应更大的集成密度。为了研究其在数字电路中的应用,发挥潜在优势,本文首先介绍了忆阻器模型及比例逻辑构成的基本逻辑电路,随后提出了基于忆阻器混合CMOS的三模冗余D锁存器。所提出的... 忆阻器的出现为后摩尔时代提供了一个全新的方案以顺应更大的集成密度。为了研究其在数字电路中的应用,发挥潜在优势,本文首先介绍了忆阻器模型及比例逻辑构成的基本逻辑电路,随后提出了基于忆阻器混合CMOS的三模冗余D锁存器。所提出的三模冗余锁存器总体结构主要分为新型忆阻D锁存器的设计和三人表决器构建两个部分,能够在减小电路面积的同时实现电路可靠性的提升,为电路级抗辐射加固技术提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 忆阻器 CMOS 三模冗余 锁存器
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软硬协同的嵌入式系统存储可靠性增强设计
13
作者 杨渊 邹祖伟 《太赫兹科学与电子信息学报》 2024年第2期219-226,共8页
单粒子翻转(SEU)效应是造成空天环境中处理器故障的常见原因,需进行有效的防护设计,提升航空航天等高空设备的可靠性。传统的嵌入式可靠性防护设计一般采用单一的硬件或软件方法:采用软件三模冗余实现,需要占用大量的中央处理器(CPU)资... 单粒子翻转(SEU)效应是造成空天环境中处理器故障的常见原因,需进行有效的防护设计,提升航空航天等高空设备的可靠性。传统的嵌入式可靠性防护设计一般采用单一的硬件或软件方法:采用软件三模冗余实现,需要占用大量的中央处理器(CPU)资源;采用硬件电路实现,无法输出错误信息。以PPC460处理器为目标系统,探讨了利用现场可编程门阵列(FPGA)对PPC460处理器的可靠性增强设计方法,同时使用扩展型的汉明码编解码算法、奇偶校验、三模冗余技术,利用软硬协同的方式提高了存储空间内数据的正确性,减少了CPU资源消耗,有效实现了PPC460处理器在特殊复杂环境中对重要数据的高安全、高可靠、抗干扰保护。 展开更多
关键词 现场可编程门阵列(FPGA) 单粒子翻转 汉明码 三模冗余
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基于FPGA动态部分重构的D/TMR系统设计 被引量:4
14
作者 刘斐文 姚睿 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2010年第35期55-57,共3页
在空间环境中,系统的可靠性是保障系统正常运行的关键。针对此问题,提出了一种基于FPGA动态部分重构的D/TMR系统设计,正常工作时采用DMR系统,具有较低的面积开销和功耗;当系统出现故障时,利用FPGA部分动态重构技术切换为TMR系统,不需要... 在空间环境中,系统的可靠性是保障系统正常运行的关键。针对此问题,提出了一种基于FPGA动态部分重构的D/TMR系统设计,正常工作时采用DMR系统,具有较低的面积开销和功耗;当系统出现故障时,利用FPGA部分动态重构技术切换为TMR系统,不需要额外的故障检测与定位电路,就可以保持系统功能的连续性与可靠性。经实验验证,该设计方案具有可行性。 展开更多
关键词 三重模件冗余(tmr) 现场可编程门阵列 动态重构 总线宏 部分重构
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考虑了表决机的TMR计算机硬件-软件系统可靠性分析
15
作者 惠永琴 李学伟 《成都理工学院学报》 CSCD 1994年第1期114-121,共8页
文章讨论了一个带表决机的三重冗余(TMR)计算机的硬件-软件系统。假定系统的三个相同的处理机及表决机的寿命均服从指数分布,软件系统的失效率是与软件系统残留错误数有关的一个常数,所有的修理时间服从一般分布。从而求得了感... 文章讨论了一个带表决机的三重冗余(TMR)计算机的硬件-软件系统。假定系统的三个相同的处理机及表决机的寿命均服从指数分布,软件系统的失效率是与软件系统残留错误数有关的一个常数,所有的修理时间服从一般分布。从而求得了感兴趣的可靠性指标。 展开更多
关键词 计算机 硬件 软件 可靠性
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基于FPGA的TMR电路跨时钟域同步技术 被引量:1
16
作者 赖晓敏 泮朋军 +2 位作者 罗唤霖 孙聪 朱新忠 《电子技术应用》 北大核心 2017年第1期32-34,38,共4页
三模冗余(TMR)电路中的跨时钟域信号可能会受到来自信号偏差和空间单粒子效应(SEE)的组合影响。通过建立数学模型,对这两个问题进行分析和量化。最后针对长脉宽和短脉宽源信号的不同情况,提出了相应的解决方案。
关键词 三模冗余 异步信号 信号偏差 组合效应影响 采样不确定性
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异步FIFO抗SEU设计
17
作者 孙远 任轶群 范毓洋 《现代电子技术》 2023年第11期160-164,共5页
在高空高能粒子的影响下,航天或航空电子设计中广泛使用的异步FIFO容易产生单粒子翻转,从而导致功能紊乱甚至失效。因此在面向航天或航空的高安全电子设计中需采用容错设计来提高异步FIFO电路的抗辐射能力。但传统的三模冗余设计应用于... 在高空高能粒子的影响下,航天或航空电子设计中广泛使用的异步FIFO容易产生单粒子翻转,从而导致功能紊乱甚至失效。因此在面向航天或航空的高安全电子设计中需采用容错设计来提高异步FIFO电路的抗辐射能力。但传统的三模冗余设计应用于异步FIFO时有一定的局限性,会出现由指针错误引起的某一通道的数据持续出错、跨时钟域导致的输出数据不同步等降低三模冗余防护能力的问题。针对该问题,文中提出适用于异步FIFO的新的电路结构及三模冗余方案。经仿真证明,采用新三模冗余方案构建的异步FIFO在辐射环境下能快速纠正指针错误,同步三路冗余数据,使其具有更高的单粒子防护效果。 展开更多
关键词 异步FIFO 抗SEU 三模冗余 容错设计 端口加固 仿真分析
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高压直流输电控制保护多重化分析 被引量:23
18
作者 杨光亮 邰能灵 +2 位作者 郑晓冬 涂崎 陈安鹏 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2010年第15期85-90,共6页
介绍了高压直流输电控制保护双重化及三重化的概念及实现原理,列举了当前运行直流系统中单元件故障出口可能导致闭锁的保护。针对保护双重化配置和传感器等单元件的配置情况,对比了ABB公司和南瑞公司为防止因单元件故障导致闭锁采取的... 介绍了高压直流输电控制保护双重化及三重化的概念及实现原理,列举了当前运行直流系统中单元件故障出口可能导致闭锁的保护。针对保护双重化配置和传感器等单元件的配置情况,对比了ABB公司和南瑞公司为防止因单元件故障导致闭锁采取的解决方案。还对3起因测量装置或传感器没有完全双重化而造成停运的事故进行了分析,并介绍了高岭换流站三重化保护存在的问题及解决方案。对直流输电现存的双重化方面的缺陷给出了建议,提出了从根本上解决一套系统维修、另一套系统异常时导致跳闸等问题的方法就是信号接点和控制保护全部三重化。选用"三取二"逻辑的保护设备时,应选用具有3个及以上通道的一次设备,避免单个元件或板卡故障引发直流闭锁。 展开更多
关键词 高压直流输电 直流控制保护 直流停运 双重化 三重化
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基于Scrubbing的空间SRAM型FPGA抗单粒子翻转系统设计 被引量:12
19
作者 马寅 安军社 +1 位作者 王连国 孙伟 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期270-276,共7页
基于SRAM工艺的FPGA在空间环境下容易受到单粒子翻转(Single Event Upsets,SEU)的影响而导致信息丢失或功能中断.在详细讨论三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)和刷新(Scrubbing)的重要原理及实现细节的基础上,实现了一种高可靠性... 基于SRAM工艺的FPGA在空间环境下容易受到单粒子翻转(Single Event Upsets,SEU)的影响而导致信息丢失或功能中断.在详细讨论三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)和刷新(Scrubbing)的重要原理及实现细节的基础上,实现了一种高可靠性、TMR+Scrubbing+Reload的容错系统设计,用反熔丝型FPGA对SRAM型FPGA的配置数据进行毫秒级周期刷新,同时对两个FPGA均做TMR处理.该容错设计已实际应用于航天器电子系统,可为高可靠性电子系统设计提供参考. 展开更多
关键词 单粒子翻转(SEU) 三模冗余(tmr) 刷新(Scrubbing) FPGA容错
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无人机容错飞行控制计算机体系结构研究 被引量:8
20
作者 吕迅竑 姜斌 +1 位作者 陈欣 齐瑞云 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期2586-2597,共12页
高性能无人机对飞行控制计算机提出了高可靠性要求,使用余度容错飞控计算机是提高安全可靠性的重要途径之一。对容错飞控计算机安全可靠性、实时性、维护性等设计要求进行研究,分析了无人机容错飞控计算机的设计要求特点;阐述了典型军... 高性能无人机对飞行控制计算机提出了高可靠性要求,使用余度容错飞控计算机是提高安全可靠性的重要途径之一。对容错飞控计算机安全可靠性、实时性、维护性等设计要求进行研究,分析了无人机容错飞控计算机的设计要求特点;阐述了典型军用、民用有人机以及无人机容错飞控计算机的体系结构及关键余度管理策略,总结了无人机容错飞控计算机体系结构特点及发展方向。根据上述研究结果,提出一种基于FlexRay总线的相似三模余分布式容错飞控计算机体系结构,FlexRay总线既是单通道飞控计算机的内部总线,也是多通道飞控计算机的系统总线。该体系结构能够抑制拜占庭故障,满足无人机高可靠、低成本、扩展性强、维护性能好等要求。 展开更多
关键词 无人机 容错计算机系统 飞行控制系统 体系结构设计 余度设计 三模冗余
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