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《国防科学技术大学》 2009年
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星载计算机中商用处理器容错关键技术研究

胡志丹  
【摘要】: 近些年来,卫星功能的复杂化对于星载计算机的性能和可靠性提出了更高的要求。当传统的采用抗辐照芯片设计星载计算机已经不能满足该需求时,商用现货(COTS,Commercial Off The Shelf)技术应运而生。该技术利用工业级或商业级芯片代替抗辐照芯片进行星载计算机的设计,它具有高性能、低功耗、低成本、体积小等优势。但是复杂的太空环境,对于基于COTS器件尤其是商用处理器的星载计算机的可靠性是一个严峻考验。本文从处理器可靠性加固技术和多机并行计算机系统容错策略两个层次分别对提高基于COTS技术的星载计算机容错能力进行研究。 在处理器内部存在着大量的特殊寄存器,负责处理器甚至计算机系统其它功能部件的配置、控制和状态表示等功能。太空环境中的电子器件容错发生单粒子效应,同理寄存器内容会受到影响发生意外改变。本文通过模拟单粒子翻转,对特殊寄存器进行寄存器故障效应实验,将注入故障后导致处理器出现严重后果的寄存器定义为关键寄存器。然后提出一种基于动态迁移技术的寄存器保护方法,在不改变寄存器规模的前提下,对寄存器进行管理,用暂时空闲的寄存器为关键寄存器进行备份保护。 通过寄存器故障效应发现,寄存器注入故障后,经常会触发异常。通过对较为普遍的非法指令异常进行研究,发现原始的非法指令异常处理过程最后会重启处理器,导致程序复算不可行。为了降低重启带来的巨大开销,本文提出一种基于卷回机制的非法指令异常恢复技术,利用检查点技术在出现该类异常时卷回到最近的检查点重新执行,从而降低异常处理代价。 本文还从处理器阵列层次对基于COTS技术的多机并行计算机的容错策略进行了研究。通过构建多机并行计算机系统的体系结构,对多机系统容错调度策略进行研究,从多机系统底层的通信机制到上层的容错调度策略对两种系统进行设计。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:V446;TP332

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 袁鹏;自主容错可重构电路的设计与实现[D];南京航空航天大学;2012年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前9条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐建军;面向寄存器软错误的容错编译技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 李天梅;装备测试性验证试验优化设计与综合评估方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 封常青;空间暗物质探测卫星量能器读出电子学方法研究[D];中国科学技术大学;2011年
4 范雪;一种新型反熔丝存储器的研制及其抗辐射加固方法研究[D];电子科技大学;2011年
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7 贾佳;异构并行计算机容错技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 宋伟;面向事务存储系统的容错技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
9 施宇锋;星载红外光谱仪干涉分系统的控制技术研究[D];华中科技大学;2012年
10 唐本峰;脉冲电晕法烟气脱硫自动测控系统的研究[D];大连理工大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱春雷;兵员管理系统安全机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 司继渊;一种基于FPGA的可演化CPU的设计与实现[D];北京交通大学;2010年
3 张洋;铁路信号系统安全关键软件故障注入技术研究[D];北京交通大学;2011年
4 申彦波;基于改进的被动复制容错Web服务的设计与实现[D];解放军信息工程大学;2009年
5 刘志丹;全IP架构复合移动通信系统的容错机制设计[D];解放军信息工程大学;2009年
6 吴圣陶;SRAM型FPGA单粒子翻转效应的故障注入系统研究[D];西安电子科技大学;2011年
7 宋大建;MOS器件单粒子翻转效应研究[D];西安电子科技大学;2011年
8 曹昆;基于FPGA的SpaceWire路由器设计与分析[D];西安电子科技大学;2011年
9 蒋轶虎;宇航用FPGA单粒子效应监测方法及监测系统研究[D];西安电子科技大学;2011年
10 徐连军;双CPU冗余通信控制系统的研究与实现[D];西安电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘慧,朱明程;一种新型仿生硬件容错系统——胚胎电子系统[J];半导体技术;2002年05期
2 王长河;单粒子效应对卫星空间运行可靠性影响[J];半导体情报;1998年01期
3 姚睿;王友仁;于盛林;高桂军;;基于进化硬件的自修复TMR系统设计及其可靠性分析[J];传感器与微系统;2007年08期
4 李洪超;;计算机系统的容错技术方法[J];单片机与嵌入式系统应用;2010年11期
5 郭朝华,李华旺,陈浩,刘海涛,杨根庆;一种并行存储器系统的FPGA实现[J];电子技术应用;2000年07期
6 李飞 ,王岩飞;实时操作系统在星载计算机中的应用[J];电子技术应用;2004年10期
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8 赵倩;俞承芳;;胚胎阵列容错系统中单细胞替换的实现[J];复旦学报(自然科学版);2006年04期
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10 贾涛;伍保峰;;中国海洋一号卫星星务管理系统设计与在轨性能评估[J];航天器工程;2003年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 任小西;基于可重构计算的高可靠星载计算机体系结构研究[D];湖南大学;2007年
2 王义;集成电路低功耗内建自测试技术的研究[D];贵州大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王连国;基于国产高性能CPU的星载计算机技术研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2006年
2 宋伟;面向实时的星载多处理器操作系统的研究与实现[D];国防科学技术大学;2006年
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6 袁果;三模冗余系统中的同步研究[D];西南交通大学;2008年
7 罗毅;动态可重构FPGA的电路测试技术研究[D];电子科技大学;2009年
8 林金茂;SDR平台抗SEU性能评价关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
9 王伟成;星载计算机多机并行系统容错技术研究与设计[D];国防科学技术大学;2010年
10 郭林;基于FPGA的星载机容错技术研究与设计[D];清华大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 王长河;;半导体器件及集成电路抗辐射研究进展[J];半导体情报;1990年05期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要报纸全文数据库 前2条
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3 李涛;实时容错嵌入式小卫星操作系统设计的研究[D];中国科学院上海冶金研究所;2000年
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2 付剑;星载计算机的硬件容错设计与可靠性分析[D];国防科学技术大学;2009年
3 胡志丹;星载计算机中商用处理器容错关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
4 申奥;高可靠并行星载计算机软件容错技术研究[D];上海交通大学;2013年
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9 黄影;星载COTS计算机的体系结构设计及其抗SEU研究[D];国防科学技术大学;2006年
10 张木梁;基于传统串行总线技术的即插即用方法的研究与实现[D];中国地质大学(北京);2009年
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