一种基于总线网络的高可靠容错系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于总线网络的高可靠容错系统，容错系统包括模拟IO控制模块、接口与交换模块、机载飞控与综合计算模块、高性能处理模块、数字IO控制模块、路由器模块及其对应的双冗余同构模块，此6个模块与对应的双冗余同构模块组成4个网络连接，实现双冗余热备份，利用SpaceWire互联总线架构，以双圆环拓扑结构实现对双余度系统容错能力的提升。本发明专利技术容错系统以双圆环拓扑结构，基于多个点对点总线互联桥接，实现速率更快、更强的系统容错能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于总线网络的高可靠容错系统
本专利技术属于航天应用中嵌入式系统设计
，具体涉及一种基于总线网络的高可靠容错系统。
技术介绍
传统航天高可靠嵌入式计算机多采用多模块双冗余热备的方式，系统双通道冗余总线多采用CAN、1553、AFDX等。这样的双冗余结构有两个明显的缺点。首先，系统对多重故障敏感。另外，传统面向空间应用总线CAN、1553、AFDX等速率低，不能满足目前航天产品数据处理快速高可靠传输的要求。随着军用航天产品对于高可靠、高性能需求不断迫切，要求航天嵌入式计算机产品具备更高容错能力、更高的通讯带宽。但目前双冗余系统仅能容忍单模故障，一个总线接口失效就会导致整个计算机系统故障。双冗余总线架构的另一限制因素是总线带宽低，仅能支持1Mbps或者4Mbps的控制信号，不支持有效载荷数据输出和信息处理等数据流高速交互传输的要求。面向航天系统武器型号的应用对高可靠容错系统设计越来越受关注，特别是如何在双余度系统中实现更高的容错能力一直是研究和设计发展的方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于总线网络的高可靠容错系统，通过多功能模块双余度备份结合路由器交互的方式，以多个点对点总线互联桥接，通过路由器构建双圆环拓扑结构实现双余度容错系统更高的容错能力。首先，根据航天高可靠计算机的应用，明确双余度模块的组成。其次，建立基于路由器的双圆环拓扑结构。明确板级模块SpaceWire总线互联桥接，节点数目，连接方式。本专利技术采用以下技术方案：一种基于总线网络的高可靠容错系统，容错系统包括模拟IO控制模块、接口与交换模块、机载飞控与综合计算模块、高性能处理模块、数字IO控制模块、路由器模块及其对应的双冗余同构模块，此6个模块与对应的双冗余同构模块组成4个网络连接，实现双冗余热备份，通过利用SpaceWire互联总线架构，以双圆环拓扑结构实现对双余度系统容错能力的提升。具体的，双冗余同构模块包括备份模拟IO控制模块、备份接口与交换模块、备份机载飞控与综合计算模块、备份高性能处理模块、备份数字IO控制模块和备份路由器模块。进一步的，4个网络连接具体如下：模拟IO控制模块、接口与交换模块、机载飞控与综合计算模块、高性能处理模块、数字IO控制模块、路由器模块及备份模拟IO控制模块、备份接口与交换模块、备份机载飞控与综合计算模块、备份高性能处理模块、备份数字IO控制模块、备份路由器模块组成第一网络连接；路由器模块、接口与交互模块、备份路由器模块、备份高性能处理模块组成第二网络连接；模拟IO控制模块、机载飞控与综合计算模块、数字IO控制模块、备份数字IO控制模块组成第三网络连接；接口与交互备份模块、高性能信息处理模块、模拟IO控制备份模块、机载飞控与综合计算备份模块组成第四网络连接。具体的，模拟IO控制模块、接口与交换模块、机载飞控与综合计算模块、高性能处理模块、数字IO控制模块、路由器模块与其对应的双冗余同构模块使用双SoC结构，一个SoC作为SpaceWire总线路由器，另一个SoC作为模块上的计算部件用于控制模块上的其他部件或外设。进一步的，SoC包含6路SpaceWire双向端口总线，以任意4路作为各模块的包数据交换节点，剩余2路通过远程存储存取协议，将4个系统内部网络以双圆环方式连接起来，实现双圆环冗余网络拓扑结构。更进一步的，每个传输数据包从任意口流出发放形成高容错总线架构，在包交换网络里，包数据在达到目的模块节点前，中间模块节点作为路由或转换器仅传递包数据。更进一步的，网络拓扑结构的顶层由路由器模块提供，包括数据流控制、端到端的控制、可靠性传输、数据收发中转、负载平衡和故障失效管理。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术提出一种基于总线网络的高可靠容错系统，采用新的SpaceWire互联总线架构，以多功能模块双余度备份结合路由器交互的方式，基于多个点对点，总线互联桥接，实现双圆环拓扑结构，该设计中单模节点失效仅导致该模块上4个双向节点失效，不影响所有其他模块节点的网络连接，系统仍可以正常工作，同时，系统容错能力更广泛，只要一组功能模块通过网络和节点连通，就可以保证系统正常工作，能够解决双余度系统单摸失效，一路总线瘫痪，引起系统故障的问题。进一步的，相比传统的基于双冗余总线的热备份容错系统而言，四个网络连接能够极大程度的提高系统的容错能力，即便是系统四个网络连接都不健全，只要几个非健全的网络连接能够组合实现一组功能模块(机载飞控与综合计算模块或其备份模块、高性能处理模块或其备份模块、数字IO控制模块或其备份模块、模拟IO控制模块或其备份模块、接口与交换模块或其备份模块)的通路连接就可以保障系统正常运转而不瘫痪。进一步的，使用双SoC结构，一个SoC作为SpaceWire总线路由器，另一个SoC作为模块上的计算部件用于控制模块上的其他部件或外设，SpaceWire总线的带宽为400Mbps，较传统1553B、CAN、AFDX总线的传输速率有大幅提升，能够满足系统高可靠高速传输的需求，对于航天高可靠高性能嵌入式系统总线网络的设计和改进具有指导意义。进一步的，网络拓扑结构的顶层由路由器提供5个功能模块与其备份模块的双冗余热备份的4个网络连接，每个模块对应4个双向数据交互端口。对于单个模块而言，当且仅当4个双向端口同时失效，才能导致该功能模块的失效。并且，通过路由器搭建实现的4个网络连接，能够最大程度的实现非失效功能模块的数据组网连接，保证系统可靠运转，极大的提高系统的可靠性。综上所述，本专利技术容错系统以双圆环拓扑结构，基于多个点对点总线互联桥接，实现速率更快、更强的系统容错能力。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术容错系统框图；图2为SoC的片上体系结构图；图3为系统内部网络拓扑结构示意图；图4为嵌入式系统内部模块排布顶视图；图5为系统容错能力图示。具体实施方式请参阅图1，本专利技术一种基于总线网络的高可靠容错系统，通过利用SpaceWire互联总线架构，以双圆环拓扑结构实现对双余度系统更高更宽泛的容错能力。包括模拟IO控制模块、接口与交换模块、机载飞控与综合计算模块、高性能处理模块、数字IO控制模块、路由器模块，此6个模块与其双冗余同构模块，共计12个模块，实现双冗余热备份。双冗余同构模块包括备份模拟IO控制模块、备份接口与交换模块、备份机载飞控与综合计算模块、备份高性能处理模块、备份数字IO控制模块和备份路由器模块。构建基于路由器交互的双圆环拓扑结构如下：系统内部的模拟IO控制模块、接口与交换模块、机载飞控与综合计算模块、高性能处理模块、数字IO控制模块、路由器模块及其双冗余备份模块均包含6路SpaceWire双向端口，其中，4路作为各模块的包数据交换节点，另外2路通过远程存储存取协议，将4个系统内部网络以双圆环方式连接起来，实现双圆环冗余网络拓扑结构。网络拓扑结构的顶层由路由器模块提供，包括数据流控制、端到端的控制，可靠性传输、数据收发中转，负载平衡，故障失效管理等。每个传输数据包都可以从任意口流出发放，由此形成高容错总线架构。在该包交换网络里，包数据在达到目的模块节点前，中间模块节点作为路由或转换器，仅仅传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于总线网络的高可靠容错系统，其特征在于，容错系统包括模拟IO控制模块、接口与交换模块、机载飞控与综合计算模块、高性能处理模块、数字IO控制模块、路由器模块及其对应的双冗余同构模块，6个模块与对应的双冗余同构模块组成4个网络连接，实现双冗余热备份。

【技术特征摘要】
1.一种基于总线网络的高可靠容错系统，其特征在于，容错系统包括模拟IO控制模块、接口与交换模块、机载飞控与综合计算模块、高性能处理模块、数字IO控制模块、路由器模块及其对应的双冗余同构模块，6个模块与对应的双冗余同构模块组成4个网络连接，实现双冗余热备份。2.根据权利要求1所述的一种基于总线网络的高可靠容错系统，其特征在于，双冗余同构模块包括备份模拟IO控制模块、备份接口与交换模块、备份机载飞控与综合计算模块、备份高性能处理模块、备份数字IO控制模块和备份路由器模块。3.根据权利要求2所述的一种基于总线网络的高可靠容错系统，其特征在于，4个网络连接具体如下：模拟IO控制模块、接口与交换模块、机载飞控与综合计算模块、高性能处理模块、数字IO控制模块、路由器模块及备份模拟IO控制模块、备份接口与交换模块、备份机载飞控与综合计算模块、备份高性能处理模块、备份数字IO控制模块、备份路由器模块组成第一网络连接；路由器模块、接口与交互模块、备份路由器模块、备份高性能处理模块组成第二网络连接；模拟IO控制模块、机载飞控与综合计算模块、数字IO控制模块、备份数字IO控制模块组成第三网络连接；接口与交互备份模块、高性能信息处理模块、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树刚，刘彬，田卫，樊涛，姚秦，李杨，尹玉明，丁祎明，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61