空间载荷的软件可靠性建模分析与多级冗余防护方法研究

发布时间：2022-01-22 07:40

　　随着我国航空航天领域的飞速发展,航天器在宇宙空间中所承担的工作和任务也日益复杂化。因此,软件系统的可靠运行成为航天器稳定工作的关键保障之一。然而,由于太空环境中各种宇宙射线的存在,导致航天器上大量使用的DSP、FPGA等硬件处理器在运行时会受到高能粒子的轰击,引发单粒子翻转效应,直接后果便是程序跑飞、数据出错甚至执行停止,这些都会对航天器的正常运行产生恶劣影响。因此,如何提高处理器芯片中软件系统的运行可靠性已成为该领域发展过程中的一个研究热点和难点。近年来国内外学者已经提出了一系列针对处理器芯片上单粒子翻转效应的软硬件防护方法,其中数冗余防护方法最为应用广泛,且实施难度较低、防护效果显著。然而冗余防护所带来的代价是一个不可忽视的问题。本文以冗余思想为出发点,结合多级冗余相关理论,在综合考虑程序模块可靠性和冗余代价的基础上,对程序模块的最优冗余配置问题进行了研究,并对相关智能优化算法进行了改进。同时,对冗余模块的输出表决方法进行了研究和改进,加强了表决器对单粒子翻转效应的容错能力,使防护更加完善和有效。本文的主要工作如下:（1）结合DSP工程代码特点提出一套用于DSP工程模块多级划分的规... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

模块可靠度示意图

N模冗余防护可靠度示意图

第三章基于多级冗余结构的软件可靠性建模求解由上表可得：在约束范围内，由 OMA 求得的解的可靠度值为 0.97484，比 GA、MA 三种算法求得的解的可靠度值分别高出 0.08230、0.05459、0.03011， 的解的适应度为 0.96620，同样高出其余三种算法。因此，OMA 算法的搜索强，通过 OMA 的最优解进行代码多级结构的模块冗余度配置可使整体可靠度图 3.12 为单次寻优中每代最优个体的可靠度值，表明了不同算法在最优值的程中种群的进化情况。从中可以看出四种算法基本上都在迭代 100 次后处于并定值，GA、HGA、MA、OMA 初次达到稳定时对应的迭代次数分别为 87、862，可见在进化速度和寻优能力上，OMA 均表现俱佳。原因在于：在进化早中缺乏优秀个体，OMA 在搜索时通过运行加入动态切分策略的交叉算子，很上保证了交叉个体的质量，同时通过运行基于差异化步长的局部搜索算子，使进化时可以在当前最优解的周围进行高效的局部搜索。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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[4]星载信号处理平台单粒子效应检测与加固技术研究[D]. 邢克飞.国防科学技术大学 2007

硕士论文
[1]单粒子效应对卫星光通信中DSP影响的研究[D]. 陈天阳.哈尔滨工业大学 2016
[2]基于可信度的DSP软件冗余容错表决方法研究[D]. 梁贺斌.中国科学院国家空间科学中心 2016
[3]空间应用的信息处理系统抗辐射技术研究[D]. 薛挺.国防科学技术大学 2008
[4]星载并行计算机硬件系统可靠性设计与分析[D]. 赵恒.国防科学技术大学 2005



本文编号：3601806