三模冗余容错系统管理板

随着嵌入式计算机的应用越来越广,对嵌入式系统的可靠性要求也越来越高,嵌入式可信计算机应运而生。针对可信计算机的功能需求,研究了容错与嵌入式可信计算机的相关概念和技术,提出了三模冗余加单模热备份的3+1混合冗余结构,采用FPGA完成了基于该结构的系统管理板的研究与设计。实验表明:该管理板能够有效地管理系统中的计算模块、电源模块及I/O模块,并实现了表决功能、系统重构、热插拔等多项技术。     

三值光学计算机解码器中并行感光阵列的设计

介绍了针对数千位的三值光学计算机解码器而设计的一款并行感光阵列。在整体规划上, 采用了将16个感光单元电路集成为一个感光模块, 再用多个感光模块拼接成实用的并行感光阵列之策略. 设计的感光单元电路将三值光学处理器一个像素输出的光信号转换成对应的电信号, 一个感光模块将三值光学处理器16个像素输出的光信号并行转换成对应的电信号,感光阵列将三值光学处理器的数千个像素输出的光信号并行转换成对应的电信号. 设计的感光模块封装外形解决了拼装成大规模感光阵列的问题. 该模块为三值光学计算机提供了一个成本低、方便维护及更换的并行光电器件. 最后介绍了对感光模块中电路的实验研究和对模块外形拼接性能的实物样板测试, 实验证实了所设计电路的功能有效性和性能稳定性, 样板测试表明该设计的感光模块封装外形适于拼接.     

一种分布式三模冗余控制系统的实现

论述一种分布式三模冗余控制系统的实现 ,包括系统CPU的选择、系统通信网络的实现、系统的同步策略以及三模冗余输出表决器的设计等 .实际表明这种系统设计方案能保证系统具有很高的可靠性、可用性和较快的开发速度 .     

三值光学计算机自动解码器

解码器是三值光学计算机(ternary optical computer, TOC)中负责将运算器输出的结果从三值光信号变换成对应的电信号的部件. 根据现有三值光学计算机的实际状况, 实现了一款自动千位三值光学计算机解码器系统.该系统由4 个数码摄像头和嵌入式系统组成: 利用摄像头采集三值光学处理器输出的运算结果的图像, 由嵌入式系统处理这些图像以获得运算结果的数值. 嵌入式系统中的软件包括拍照控制、数值生成和输出控制三个主要部分.创建的地址定位技术可解决运算器输出图像与摄像头拍摄图像在像素数量上差别过大的问题. 提出并实现的降蓝技术可解决蓝光对液晶暗状态的严重干扰问题. 建立的自检机制可提高解码结果的准确性和可靠性.     

走近光学计算机

目前,光学计算机研究集中在追求高速度、追求二维数据并行处理和追求整机效率3个分支.介绍了各分支的研究热点和主要难点.通过对比,表明追求整机效率的三值光学计算机(ternary optical computer,TOC)具有较好的可实现性,进而详细介绍了这种光电混合型计算机所具有的数据位众多、光学处理器可重构、处理器易扩展和能耗低等特点,以及基于这些特点所产生出的解决复杂问题的新思想或新算法.还介绍了三值光学计算机的用户可见结构、联机操作方法、编程操作方法,以及在并行程序中的使用方法和硬件扩充方法,并通过举例,介绍了众多数据位数和光学处理器可重构性的应用.所涉及的实例均结合正在上海大学计算机工程与科学学院构建的,面向应用研究千位三值光学计算机实验系统展开讨论.     

三值光学计算机SD11解码器的实现及改进

介绍了一款用于三值光学计算机应用研究系统SD11的三值光学解码器的设计及实现.该解码器的硬件包含4个摄像头、1个嵌入式系统和1个专门设计的摄像头和嵌入式系统的转接板.通过该转接板,实现了在软件操控下用1个嵌入式系统分时控制4个摄像头完成拍照的技术.该解码器包含了已有的数据存储技术、阈值判断技术和三值数据生成技术.对这些技术进行了必要的整合,进而形成了实际可用的解码器核心软件.该软件与获取光学处理器输出画面的过程无关,因此可作为未来商业化三值光学计算机解码技术的重要基础.通过实验研究了三值光学解码器的功能及其对环境变化的适应性,并很好地解决了当信号线长度超过1.2 m时图像质量下降的问题,使该解码器达到了在SD11中使用的要求,为促进三值光学计算机进入应用领域提供了条件.     

基于多功能车辆总线的网络系统冗余设计

针对多功能车辆总线网络系统的可靠性问题,采用二模热冗余方法进行多功能车辆总线(MVB)网络冗余环型设计,并提出相应的介质冗余协议;对多功能车辆总线冗余环型网络的可靠性进行理论分析,并基于OMNeT++仿真平台建立多功能车辆总线冗余环型模型,对介质冗余协议进行仿真测试.测试结果表明,当多功能车辆总线网络系统出现故障时,介质冗余协议能实时可靠地进行总线替换,有效提高了多功能车辆总线网络系统的可靠性.     

针对三值光学计算机的C语言扩展

为了将三值光学计算机(ternary optical computer,TOC)数据位众多和光学处理器硬件可重构性这两个特点应用于高级语言程序中,提出并实现了针对三值光学计算机的C语言扩充技术.该技术中的用户可见部分包括一组C语言扩充语句和一个用户运算请求文件自动生成软件模块,其中扩充语句采用C语言函数的书写方式,并采用专用字头SZG_;运算请求文件自动生成软件模块将用户在给定界面中送入的运算方式和输入数据自动转换成预先制定的数据文件格式,生成SZG文件.三值光学计算机返回的运算结果会自动保存在与运算请求文件相同的目录下,且文件名由对应的运算请求文件名加后缀R.SZG组成.用户不可见部分包括:对扩充指令的编译进程、SZG文件生成机制、运算请求状况记录进程、运算结果接收进程和三值光学计算机端服务进程.使用该技术,用户不必改变编程习惯,可直接在C语言程序中使用三值光学计算机.该技术已在由PC机和嵌入式系统组成的三值光学计算机模拟环境中进行了实验,实验结果表明,该技术行之有效.     

一种基于FPGA的低功耗、容错状态机设计方法

针对FPGA(Field Programmable Gate Array)在航空航天领域应用面临的可靠性和功耗问题,提出了一种适于FPGA实现的低功耗、容错有限状态机设计方法.该方法与传统FPGA中实现状态机占用布线资源、查找表、寄存器等资源的思想不同,它将状态机映射到FPGA内嵌块RAM,同时采用两块RAM构成双模冗余结构,通过比较两块RAM输出数据的一致性确定RAM中数据出错的情况,并结合奇偶校验进行检错与纠错.实验结果表明:与经典的三模冗余方法相比,该方法有更低的功耗和更高的可靠性,并能对一位错误实现在线纠错.     

基于三重容错自校验按字表决算法

表决逻辑算法决定了容错型控制器是否能准确判断通道的故障信息。针对按位表决算法容错性差的特点,提出了一种按字表决的算法。按字表决算法对系统通道中每一个输出字进行比较,可以解决按位表决算法只能产生异常无法输出结果的问题。在开发三重容错控制器的应用研究中,以按字表决算法为基础,同时在控制器中增加了自动转换环节、自校验监测电路,进一步提高了系统的可靠性。研究结果表明:按字表决算法的可靠性比按位表决算法高,提高了系统的容错性能。     

运算-数据文件——应用三值光学计算机的关键技术

介绍编写三值光学计算机应用程序的关键技术.首先将运算规则和大量原始数据合并在一个特殊文件中,然后在应用程序中使用专门的扩充指令将该文件送至三值光学计算机进行处理.这个特殊文件被称为运算-数据文件(简称SZG文件).采用一个多心洋葱图描述了拥有电子处理器和三值光学处理器的异构系统编程平台,该平台能体现SZG文件的重要作用.介绍了SZG文件的起源、发展、SZG文件的格式和生成方法,以及对程序语言的必要扩充.最后通过一个具体示例,介绍使用SZG文件的过程,并在三值光学计算机软件模拟系统中对该示例进行了测试.测试结果表明,所编制的应用程序运行正常,计算结果正确.这种编程技术对建立包含多种类处理器之异构系统的编程环境有很好的借鉴作用.     

一种快速三轴全方位光电跟踪策略

为了消除两轴光电跟踪系统的跟踪盲区,提出了一种存在冗余自由度的三轴光电跟踪系统.先运用四元数方法,建立三轴光电跟踪系统的运动学模型,然后在此基础上,应用极小范数最小二乘算法,设计出一种快速三轴全方位的光电跟踪策略.该跟踪策略针对方程系数求取Moore-Pen-rose广义逆矩阵,通过对三轴光电跟踪系统的运动方程进行三角变换,得到了三轴角增量组合的极小范数最小二乘解.仿真和实验结果表明,该跟踪策略不需要复杂的寻优过程,即可真正实现三轴联动全方位连续跟踪运动,与其他跟踪策略相比,该跟踪策略在跟踪运动过程中所需的各轴转动角度更小,因此跟踪性能更加优越.     

三值光学计算机解码器的通信系统

研究了在三值光学计算机(ternary optical computer,TOC)的解码结果发送和接收部件之间建立通信子系统的问题.建立了数据重发机制和通信系统重启机制,并利用这两个机制来分别提高对通信系统本身以及对周边器件的偶发瞬态故障的容忍能力,还利用附加的标示信息实现了对数据线路发生永久性故障的判定能力.将这些技术结合内部集成电路(inter-integrated circuit,IIC)通信方式,实现了一个用于TOC解码器的实用通信系统,并对这个系统的整体性能进行了详细测试.讨论了对所完成系统的实验研究,包括实验内容的选取、实验软件的设计、测试用例的设置和实验过程等.大量的实验结果证明了该通信子系统的科学性和可靠性.     

硬件冗余技术及可靠性评价

介绍了三种硬件冗余技术:并联系统、备用系统和表决系统,并分析了它们的可靠性指标.然后提出计算机控制系统采用的一些冗余措施,最后给出选择冗余技术的可供参考性的原则.     

基于三模冗余结构的列车监控记录系统

提出一种新的列车运行监控记录装置系统设计,采用三模冗余的结构提高系统的可靠性.分析了该设计方案的可行性,给出以FPGA为核心构建的设计电路,通过模拟试验得到了良好的仿真效果.     

纳米电路交叉冗余容错技术研究

提出了一种针对纳米电路的数字电路容错设计新方法.该方法基于交叉冗余原理,利用两种二进制错误的不对称性,采用模块化方法对纳米电路进行容错设计.以阵列乘法器为例,采用新方法对电路进行设计和仿真,并结合实验结果与传统的可重构和三模冗余容错方法进行比较.交叉冗余方法无需检测模块及表决器,不会增加系统延时,并且在资源消耗方面远低于传统方法,对纳米电路尤其适用.     

基于Vxworks的DP 3动力定位 控制系统设计与分析

为了满足深海油气资源开发对动力定位系统可靠性的需求,根据船级社对附加标志为DP 3动力定位系统的规范要求,在Vxworks实时操作系统下设计了三模冗余的动力定位控制系统.基于PC104总线设计了冗余动力定位控制系统的硬件体系结构. 采用软件实现了三模冗余实时控制计算机组的控制解算与容错管理.应用马尔可夫过程对所设计的DP 3级动力定位控制系统进行了可靠性分析,预测了不同的硬件故障参数对DP 3动力定位控制系统可靠性的影响.分析结果表明,所设计的DP 3动力定位控制系统具有较高的可靠性.     

热烈祝贺本刊编委金翊教授在三值光学计算机研制方面取得重大突破

正目前,世界上第一台三值光学计算机已在上海大学诞生!这标志着一种处理器位数众多、用户可按需使用处理器位数和对处理器的硬件进行重构的新型计算机问世!2000年,上海大学计算机工程与科学学院金翊教授从构造计算机的基本原则和光的基本特性出发,首次将光强度与偏振方向相结合表示三值信息,利用液晶的旋光效应和偏振器来实现三种光学状态的相互转换,提出了一种全新的光计算机理论——三值光学计算机(ternary optical computer,TOC)。2009年,上海大学三值光学计算机研究团队建成千位并行三值光学计算机结     

多传感器融合系统的可靠性模型研究

为有效评价多传感器融合系统硬件的可靠性,提出了一种新的三模冗余结构(TMR)半马尔可夫过程模型.该模型以系统单元寿命服从负指数分布、系统单元修复时间服从广义任意分布(修复率是时间的函数)为前提,通过引入补充变量,可以转化为马尔可夫过程模型进行求解,从而获取系统有效性和可靠性的一些重要指标.理论分析和数值结果表明,传统可靠性建模的方法可以作为新模型简化的特例,利用新模型的TMR冗余结构多传感器融合系统与无冗余的单传感器系统相比,系统的平均无故障时间(MTBF)提高了两个数量级.因此,提出的新模型可以准确地描述系统的实际工作状况,为有效评估多传感器融合系统可靠性提供了理论依据.     

硬件冗余技术及可靠性评价

介绍了三种硬件冗余技术：并联系统、备用系统和表决系统，并分析了它们的可靠性指标．然后提出计算机控制系统采用的一些冗余措施．最后给出选择冗余技术的可供参考性的原则．