一种非相似双余度四机自监控容错控制方法技术

本发明专利技术公开了一种非相似双余度四机自监控容错控制方法。使用本发明专利技术能够充分利用系统资源，准确定位故障处理器，避免仲裁单元故障导致的单点故障，并能实现二次故障工作，三次故障安全，提高系统的可靠性及使用寿命。本发明专利技术将四个处理器系统之间采用同步串行通道进行连接，能够在各处理器间建立快速信息传输通道，用以传送状态请求及需要表决的信息；采用处理器状态同步的方式确保各处理器系统在各表决点能步调一致发出启动信号，达到任务级同步运行；根据同步和表决结果，识别是否存在故障处理器，确定哪个处理器是当班机；在发生故障的情况下，管理系统降级，隔离故障处理器系统，并在降级模式下继续工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及嵌入式计算机
，具体涉及一种非相似双余度四机自监控容错 控制方法。
技术介绍
非相似双余度四机通常由两个完全相同的通道构成，其中一个作为主通道，一个 作为备通道;每个通道各采用两个处理器，这两个处理器类型互不相同，其中一个作为主控 处理器负责输出最终运算结果，另一个作为监控处理器仅起到监测作用；系统中具有一个 独立的输出比较和通道切换控制的仲裁单元，如图1所示。 四个处理器同时执行相同的任务。同一个通道内，主控处理器与监控处理器通过 双端口RAM或交叉数据链(Cross Channel Date Link，以下简称(XDL)进行数据交换。当主 通道的监控处理器发现其运算结果与主控处理器运算结果不一致时，将监测结果送至仲裁 单元;但因判据不足，仲裁单元无法判定是主控处理器故障还是监控处理器故障，但一般认 定是主通道发生故障，于是仲裁单元将系统切换到备通道继续工作。如果在后续工作过程 中，备通道也出现监控处理器与主控处理器运算结果不一致情况时，系统已无冗余通道可 供切换，为不使故障扩散，系统只能输出预设的安全信号。 现有的非相似双余度四机的控制方式存在如下缺陷： (1)故障定位相对粗略 同一通道中对双机运算结果进行比较，只能判断出结果相同还是不同，不能判断 出哪个结果是对的，哪个结果是错的，也就无法定位故障处理器系统。 (2)资源利用率不高 当主通道故障，系统整体切换到备通道后，原通道中可能存在的状态完好的处理 器及其它电路不能再为系统所利用。 (3)容错能力不够高 主通道发生一次故障系统可切换到备通道;备通道再次发生故障系统必须安全输 出。系统只能做到一次故障工作，二次故障安全。 (4)存在单点故障隐患 仲裁单元是公共资源，若仲裁单元发生故障，将导致整个系统容错机制的崩溃。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了，能够充分 利用系统资源，准确定位故障处理器，避免仲裁单元故障导致的单点故障，并能实现二次故 障工作，三次故障安全，提高系统的可靠性及使用寿命。 本专利技术的非相似双余度四机自监控容错控制方法，包括如下步骤： 步骤1，构建包括4个处理器的控制系统： 所述4个处理器之间采用同步串行通道进行连接，进行两两之间的信息交互，四个 处理器同时处理相同的子任务，预设各处理器的优先级顺序;各子任务周期内仅有一个处 理器为当班机，由当班机输出最终的子任务运算结果，其中，默认优先级别高的非故障处理 器为当前子任务周期内的当班机；步骤2，在子任务起始处，各处理器向其他处理器发送同步请求，并接收其他处理 器发送的同步请求;各处理器根据当前的控制系统工作模式以及接收到的同步请求数量， 标识故障机，产生自己的子任务启动信号，并根据自身时钟执行子任务； 步骤3，各处理器完成子任务后，通过同步串行通道将运算结果及握手请求发送给 其它处理器，并接收其它处理器的运算结果及握手请求;各处理器根据当前的控制系统工 作模式以及接收到的握手请求数量，标识故障机，并用无效数据代替故障机的运算结果;各 处理器对接收到的所有运算结果进行少数服从多数的表决，形成一致的最终运算结果，并 判断与最终运算结果不一致的处理器为故障机，判断当前优先级最高的非故障的处理器为 当班机;各处理器将其对故障机和当班机的判断结果发送给其它三个处理器，等待其它处 理器的判断结果； 步骤4,各处理器在接收到其他处理器发送的故障机和当班机的判断结果后，根据 当前的控制系统工作模式以及接收到的判断结果数量，对接收到的所有判断结果进行少数 服从多数的表决，形成一致的最终当班机和故障机判断结果； 步骤5，由步骤4最终确定的当班机输出步骤3确定的最终运算结果，该最终运算结 果即为非相似双余度四机对该子任务的运算结果;转入下一个子任务，返回步骤2,直至所 有子任务执行完毕或控制系统安全输出。 进一步地，所述步骤1中，各处理器的优先级顺序按各处理器的处理速度快慢排 序，处理速度最慢的处理器优先级最高，处理速度最快的处理器优先级最低。 进一步地，所述步骤2中，当4个处理器均未发生故障，即当前工作模式为四机模式 时，如果各处理器在设定的时间内接收到2个或2个以上的同步请求，则各处理器标识同步 请求未送达的处理器为故障机，各自产生自己的子任务启动信号，并根据自身时钟执行子 任务;如果某处理器在设定的时间内未收到2个或2个以上的同步请求，则该处理器不执行 子任务，其他处理器在之后的步骤中将该处理器标识为故障机；当3个处理器未发生故障、1个处理器发生故障，即当前工作模式为三机模式时，如 果各处理器在设定的时间内接收到1个或1个以上的同步请求，则各处理器标识同步请求未 送达的处理器为故障机，各自产生自己的子任务启动信号，并根据自身时钟执行子任务;如 果某各处理器在设定的时间内未收到1个或1个以上的同步请求，则该处理器不执行子任 务，其他处理器在之后的步骤中将该处理器标识为故障机； 当2个处理器未发生故障、2个处理器发生故障，即当前工作模式为双机模式时，如 果各处理器在设定的时间内接收到1个同步请求，则各处理器各自产生自己的子任务启动 信号，并根据自身时钟执行子任务;如果各处理器在设定的时间内未收到同步请求，则该处 理器不执行子任务，系统安全输出。 进一步地，所述步骤3中，当4个处理器均未发生故障，即当前工作模式为四机模式 时，如果各处理器在设定的时间内接收到2个或2个以上的握手请求，则各处理器标识握手 请求未送达的处理器为故障机，并用无效数据代替其运算结果;如果某处理器在设定的时 间内未收到2个或2个以上的握手请求，则该处理器一直等待，其他处理器在之后的步骤中 将该处理器标识为故障机； 当3个处理器未发生故障、1个处理器发生故障，即当前工作模式为三机模式时，如 果各处理器在设定的时间内接收到1个或1个以上的握手请求，则各处理器标识握手请求未 送达的处理器为故障机，并用无效数据代替其运算结果；如果某处理器在设定的时间内未 收到1个或1个以上的握手请求，则该处理器一直等待，其他处理器在之后的步骤中将该处 理器标识为故障机； 当2个处理器未发生故障、2个处理器发生故障，即当前工作模式为双机模式，如果 各处理器在设定的时间内接收到1个握手请求，则各处理器对接收到的所有运算结果进行 表决；如果各处理器在设定的时间内未收到握手请求，则该处理器一直等待，系统安全输 出。 进一步地，所述步骤4中，当4个处理器均未发生故障，即当前工作模式为四机模式 时，如果各处理器在设定的时间内接收到2个或2个以上的判断结果，则各处理器标识判断 结果未送达的处理器为故障机，并用无效数据代替其判断结果;如果某处理器在设定的时 间内未收到2个或2个以上的判断结果，则该处理器一直等待，其他处理器在之后的步骤中 将该处理器标识为故障机；当3个处理器未发生故障、1个处理器发生故障，即当前工作模式为三机模式时，如 果各处理器在设定的时间内接收到1个或1个以上的判断结果，则各处理器标识判断结果未 送达的处理器为故障机并用无效数据代替其判断结果;如果某处理器在设定的时间内未收 到1个或1个以上的判断结果，则该处理器一直等待，其他处理器在之后的步骤中将该处理 器标识为故障机； 当2个处理器未发生故障、2个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非相似双余度四机自监控容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，构建包括4个处理器的控制系统：所述4个处理器之间采用同步串行通道进行连接，进行两两之间的信息交互，四个处理器同时处理相同的子任务，预设各处理器的优先级顺序；各子任务周期内仅有一个处理器为当班机，由当班机输出最终的子任务运算结果，其中，默认优先级别高的非故障处理器为当前子任务周期内的当班机；步骤2，在子任务起始处，各处理器向其他处理器发送同步请求，并接收其他处理器发送的同步请求；各处理器根据当前的控制系统工作模式以及接收到的同步请求数量，标识故障机，产生自己的子任务启动信号，并根据自身时钟执行子任务；步骤3，各处理器完成子任务后，通过同步串行通道将运算结果及握手请求发送给其它处理器，并接收其它处理器的运算结果及握手请求；各处理器根据当前的控制系统工作模式以及接收到的握手请求数量，标识故障机，并用无效数据代替故障机的运算结果；各处理器对接收到的所有运算结果进行少数服从多数的表决，形成一致的最终运算结果，并判断与最终运算结果不一致的处理器为故障机，判断当前优先级最高的非故障的处理器为当班机；各处理器将其对故障机和当班机的判断结果发送给其它三个处理器，等待其它处理器的判断结果；步骤4，各处理器在接收到其他处理器发送的故障机和当班机的判断结果后，根据当前的控制系统工作模式以及接收到的判断结果数量，对接收到的所有判断结果进行少数服从多数的表决，形成一致的最终当班机和故障机判断结果；步骤5，由步骤4最终确定的当班机输出步骤3确定的最终运算结果，该最终运算结果即为非相似双余度四机对该子任务的运算结果；转入下一个子任务，返回步骤2，直至所有子任务执行完毕或控制系统安全输出。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，牟文秀，邱庆林，乔军卿，曹振兴，
申请(专利权)人：中国航天科技集团公司第五研究院第五一三研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37