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基于动态加载机制的星载计算机可靠性增强技术研究

作　者: 于康
导　师: 宁洪
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 星载计算机可靠性动态加载 VxWorks操作系统
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

星载计算机是航天器上执行星务管理、状态控制、数据处理等功能的中枢。作为工作在太空复杂环境下的嵌入式系统,它与一般地面嵌入式系统相比,设计时既受到整个航天器对质量和功耗的基本约束,又因为工作环境温差大、辐射强,故障发生机率较高,一旦出现故障因远离地面而不易维护,因此必须要求更高的可靠性。一般来说,星载计算机的故障主要源于太空中的辐照,因而通常采用抗辐照电子元件和冗余结构等硬件设计进行防护。但近年来,直接采用加固后的具有更高性能、更低成本的COTS(Commercial off-The-Shelf,商用现成产品)芯片已成为星载计算机设计的一种新趋势。动态加载机制是操作系统中广泛采用的一种软件加载方式,它将应用和所需的代码库分离,只有当需要时才从文件系统中加载目标代码,实现运行时加载。本文研究通过动态加载机制,一方面解决星载计算机存储资源受限的问题,另一方面作为系统技术之一,为星载计算机的故障检测和恢复机制提供一系列支持,特别是用于实现COTS芯片软加固技术中的配套恢复机制,解决单粒子翻转引起的瞬间故障的检测和恢复。本文主要研究工作包括以下几个方面:(一)分析星载计算机的可靠性需求和嵌入式操作系统中的动态加载技术的特点,探讨利用动态加载增强星载计算机可靠性的途径;(二)通过分析星载计算机的软件系统设计需求,提出基于动态加载的模块化软件系统结构,并对其中的模块管理等关键技术进行了讨论。(三)通过对VxWorks动态加载机制源码的分析,修改了VxWorks中动态加载的几种策略,设计并实现了一个动态模块管理系统,完成对模块信息的管理,增加用户对加载的查询和配置功能。(四)基于动态模块管理系统,实现支持单粒子翻转故障恢复的模块重载技术、支持系统重启恢复的模块自动加载技术,以及增强系统扩展性的模块动态替换和任务动态管理技术。最后,讨论了动态加载支持动态硬件检测和设备容错的两项可靠性增强方案。(五)设计了模块实例,一方面验证动态模块管理系统的正确性,另一方面通过相应的应用场景测试分析,说明所实现的几项技术能够有效地增强星载计算机可靠性。

基于动态加载机制的星载计算机可靠性增强技术研究

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