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《清华大学》 2009年
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基于四重化冗余技术的高可信性计算平台研究

安鹏  
【摘要】: 现今的数字计算系统已经渗透到社会的各个领域,可信计算系统的开发和研究将成为今后数字计算系统发展的主要趋势。 在实现可信计算的各种途径中,论文将重点放在了对冗余技术的研究上。在对可信性理论和国内外现有的可信性实际系统进行调研后,经过各种冗余结构的比较,最终选定四重化冗余结构。针对四重化冗余结构热备切换输出端在实时性上的缺失,论文创新性地提出了四重化冗余竞争结构,在不减少原有结构性能的基础上,将两系同时晋升为工作系,输出端使用竞争输出的方式弥补这一缺失,实现切换时间的完全消除。在对四重化冗余竞争结构的可信性分析中,改进为原有分析方式对判别器和表决器模型建立的不足,使用瞬态失效和独立时间片累积求和的方法,计算及分析结果更加贴近实际系统。为验证理论分析,使用Matlab等仿真程序对可靠性结果进行仿真,与理论预期一致。 在上述理论支持下,论文设计并实现了一套高可信性的计算平台。这一平台的构架即采用四重化冗余竞争结构,计算模块使用可信性指标非常高的PowerPC系列处理器,并使用FPGA作为判别器和竞争输出单元的硬件载体。外部总线使用标准的MIL-STD-1553B总线,整体硬件板卡采用6U欧式标准结构,双DIN41612标准针孔插接,可作为组件插入到背板中与其他组件协同工作。判别器内部的系统级软件采用Altera公司推出的嵌入式软核NiosII,两套判别器在FPGA内部构成双核系统。输出端使用竞争输出模块实现无缝切换,并采用强制指定输出系的方式对竞争冒险的极端情况做出有效的屏蔽。计算模块内部的系统级软件配套地移植μC/OS-II作为平台使用的操作系统。所有的底层软件均进行模块化设计,完善软件构架,最终应用层软件只需调用系统级软件的模块库即可。 经实验验证,整个计算平台的可信性与实时性良好,适用于各种对可靠性和安全性要求很高的计算环境。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP309

【参考文献】
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