简谈基于PowerPC和X86二余度非相似飞控计算机系统设计与实现

论文导读：rtheredundancycontrolsoftwareinthesystem，thesoftwareflowchartorengineeringrealizationofthetasksynchronizationandthearbitrationprocessingsoftwaremodulearegiven.Thesearethecoresectionsofthesystem.Basedontherealizationoftheproposedsystem，aseriesofsimulati
摘 要： 为了抑制共模故障和提高飞控计算机系统的可靠性，设计实现了一种二余度非相似的飞控计算机原型系统。首先，给出了该系统的硬件结构和原理，硬件结构包括基于PowerPC和X86处理器构成的主副通道、用于交叉通信的双口RAM、基于FPGA的仲裁模块等部分；其次，系统中的余度制约软件部分主要给出了任务同步和仲裁处理软件模块的软件实现流程图，这是非相似余度的关键理由；最后，在实现实物系统的基础上，开展了一系列的仿真实验，验证了该设计系统的可行性。
关键词： 非相似余度； 飞控计算机； PowerPC处理器； X86处理器
1004?373X（2014）20?0091?04
Design and realization of dual redundancy dissimilar flight control computer system based on PowerPC and Vortex86
TAO Xiang?lin， LU Xiong， YIN Bin
（College of Automation Engineering， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016， China）
Abstract： In order to oid the common mode faults and improve the reliability of the flight control computer （FCC） system， the prototype system of dual redundancy dissimilar FCC was designed and realized. Hardware structure and principle of the system are given. The hardware structure includes the primary and redundant control computers with PowerPC and Vortex86 processor， two?port RAM for cross communication and arbitration module based on FPGA. As for the redundancy control software in the system， the software flow charts for engineering realization of the task synchronization and the arbitration processing software module are given. These are the core sections of the system. Based on the realization of the proposed system， a series of simulation experiments of the proposed approach were carried out to verify the feasibility of the system.
Keywords： dissimilar redundancy； flight control computer； PowerPC processor； X86 processor
0 引 言
近年来，余度技术被广泛地应用在民用和军事方面[1?2]，以提高飞控计算机系统的可靠性。当系统的某一部分出现故障时，余度技术可以确保系统在规定的时间内完成规定的功能。对于飞控计算机而言，余度技术是一种常见的容错策略，它可以确保系统在一定的时间内即使存在故障也能正常工作[3]。
为了有效抑制共性故障和提高系统的可靠性，本文基于PowerPC和X86处理器，设计实现了一种二余度非相似飞控计算机系统。在该非相似余度系统中，所有的余度资源都采用不同的硬件设备和软件设计[4?5]。
1 系统硬件结构
系统总体硬件结构如图1所示，主要由主副计算机通道、通信模块和仲裁模块组成。

1.1 主副计算机通道

考虑到本系统的需求和处理器的特点，在二余度非相似飞控计算机系统设计中，X86和PowerPC的处理器分别被选作为主副通道。
（1） 主通道主要由X86处理器和串行接口的ADC模块（AD7908）构建。主通道通过PC104总线实现通信和资源扩展，所使用的是FreeDos操作系统。
（2） 副通道主要由PowerPC处理器和并行接口的ADC模块（AD7829）组成。副通道是通过LBC总线完成通信，使用的操作系统是Linux。
图1 系统硬件结构图
主副通道配备各自接口（串口、离散I/O、模拟量输入输出等）和硬件资源（看门狗、电源、存储器等）。

1.2 通信模块

通信模块用于实现数据传递、主副通道状态交换和任务同步等功能，为系统中的关键环节。在三种通用的通信方式——总线、网络协议（TCP/IP）和双口RAM[6]中，本系统选用双口RAM。本设计的通信模块原理图如图2所示。
图2 通信模块示意图
在图2中，主副通道通过PC104总线和LBC总线与双口RAM相连。双口RAM包含3个环形缓冲区[7]，分别用于存放正常工作时采集的数据、FPGA发送过来的状态信号、故障发生时自检采集的数据。为了避开访问相同地址所造成的冲突，主副通道和FPGA在读写操作前通过读取双口RAM的状态信号来判断双口RAM是否工作[8]。 全文地址：www.7ctime.com/jsjgclw/lw43332.html上一论文：谈谈现代教育中的计算机科学技术应用