一种三模混合冗余总线控制系统设计研究

黄 波 曹帮林 张福鑫 陈 伟

北京航天自动控制研究所，北京100854

冗余设计技术在提高系统任务可靠性的同时，不可避免地提升了系统的复杂度。冗余系统可靠度、容错度与容错效率反映了容错结构对系统资源的利用率［1］。与基于故障检测与重构的动态冗余容错技术相比，基于硬件冗余的静态冗余技术具有原理简单、易于实现的优点，但需要投入更多的冗余硬件资源［2］。双模热备与三模冗余(TMR)为这2种冗余技术的典型代表［3］。文献［4-6］论述了一类三模冗余计算机，其结构示意图及工作流程分别如图1和2所示，其工作原理为:三机在实现同步的前提下，通过三机交叉通道数据链(例如双口RAM、高速总线等)实现信息交换，使每个冗余模块均获得相同输入信息，通过“三取二”表决实现对一度故障的自动吸收。文献［7-8］所论述的双机容错计算机通过数据交换实现故障检测、通过自检实现故障机隔离。显然，相对非余度系统，信息交换、比对与表决增加了软硬件设计的复杂度，并产生了额外的时间开销。

为了吸收动态冗余和静态冗余技术各自优点，文献［2］提出了一种“N模块冗余+备份冗余”的混合容错设计思路，文献［9］提出了一种具体的混合冗余三模容错系统，其工作原理仍然以信息交换为基础。

图1 TMR结构示意图

在多总线(为便于描述，本文指1553B总线，简称总线，本文提出的设计思路也适用于类似总线系统)冗余控制系统中，总线控制器失效影响不仅仅局限于其本身，而是形成一种故障耦合关系。……