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計算機控制系統的硬件冗余容錯分析
動態硬件冗余系統是由若干相同模塊共同組成的，以故障檢測及系統恢復等方式來達到容錯的一種硬件冗余系統，下面是小編搜集整理的一篇探究計算機控制系統的硬件冗余容錯的論文范文，歡迎閱讀參考。
【摘 要】通過對計算機系統的硬件冗余容錯設計的特點分析及研究，得出冗余容錯設計應用;并總結其影響規律。
【關鍵詞】冗余容錯設計 故障率 靜態冗余系統
前言
硬件是計算機的基礎，硬件容錯技術主要是利用多份硬件來實現的，即是利用冗余來實現容錯。并且硬件冗余的級別越低，故障率降低的效果越好，但增加了故障檢測和電路設計的困難。在實際應用中，最常見的有靜態冗余、動態冗余和混合冗余等模式。
1計算機控制系統的硬件冗余容錯設計
1.1電路級冗余設計
1. 2靜態冗余系統
靜態冗余是指冗余結構相對固定，不隨發生故障的情況變化而變化的一種冗余形式。靜態硬件冗余的工作形式是將發生的故障加以隱蔽，來達到防止故障造成差錯的目的。靜態冗余的原理就是通過表決的形式來決定掩蔽發生的故障。靜態冗余模塊是系統運行時必要的組成部分，模塊在工作時全部參與運行，即多個模塊執行相同的功能，表決器通過多數一致原則輸出分析結果以達到隱蔽故障的目的。靜態硬件冗余的形式通常是三模冗余。即三個相同的模塊接收共同相同的輸入并將產生各自的結果，送至表決器。表決器的輸出則取決于模塊輸入結果。即如果有一個模塊故障，另兩個模塊正常，則正常模塊的輸出可將故障模塊的輸出屏蔽，以達到防止故障造成差錯的目的。
1.3動態冗余系統
動態硬件冗余系統是由若干相同模塊共同組成的，以故障檢測及系統恢復等方式來達到容錯的一種硬件冗余系統。動態硬件冗余系統的特點是系統的冗余結構是隨故障情況的變化而發生變化，并且動態硬件冗余系統在規定時間內進行模塊重組并恢復正常運行;因此動態硬件冗余系統是允許故障產生差錯，但避免差錯產生失效。
動態硬件冗余有備份替換和雙機比較兩種主要工作方式。
1.4混合冗余系統
混合冗余系統的實質就是將靜態冗余系統和動態冗余系統結合起來。通常，混合冗余系統由靜態冗余的TMR核心模塊、備份模塊、表決機構等組成，并由切換機構確保靜態冗余的TMR核心的完整性，即當TMR核心模塊中有一個發生故障，立即以無故障的備份模塊取代。
2.計算機控制系統的硬件冗余容錯設計分析
在電路級冗余設計中，從上面的結果可以看出，當開路故障率比短路故障率小時，以先串后并結構為好，反之以先并后串結構為好。
靜態靜態冗余系統中，以三模冗余系統與單模系統可靠度的關系為例。三模表決系統的平均無故障時間是單模系統的5/6，那么，我們把兩者的可靠性曲線一起繪于圖1。由圖可見，當Rt>0.5時，三模系統的可靠度高于單模系統，當R(t)<0.5時，三模表決系統的可靠度反而降低了。因而可得：只有當單模系統的可靠性比較高時，所構成的多模表決系統才能有比單模系統更高的可靠度。
動態冗余系統由于系統恢復使用某種重組技術，，系統的冗余結構將隨故障情況發生的變化而變化，因此這種技術不防止故障產生差錯，但防止差錯產生失效。
在混合冗余系統中，當不一致檢測器檢測TMR模塊中有一個模塊的輸出結果與表決機構的輸出結果不一致時，則系統將該模塊切換，并用備份模塊予以替換。只要有多數模塊輸出正確，則表決機構的輸出就是正確的。備用模塊是TMR模塊輸出結果不一致時替換TMR模塊，直至備用模塊全部用完，所以備份模塊的數量的越多，混合冗余系統的可靠性也就越高。由上可知，混合冗余系統利用其自身結構有效地使計算機系統運行的可靠性提高，并延長了其無故障運行時間。
3總結
根據上述分析可知，在電路級冗余容錯設計中，應根據其短路故障概率及開路故障概率來判斷其容錯設計型式。靜態冗余系統中，只有當單模系統的可靠性比較高時，所構成的多模表決系統才能有比單模系統更高的可靠度。動態冗余系統則需注意其適用范圍。混合冗余系統則有較高的無故障運行時間。
參考文獻：
[1] 卓興中. EMP 效應下計算機容錯性能測試系統的研究與實現[D]. 哈爾濱： 哈爾濱工業大學碩士論文， 2009：
[2] 周東華，葉銀忠著，現代故障診斷與容錯控制[M]，清華大學出版社，2000
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