星载计算机软件容错技术

小卫星以其功能集成度高、研制周期短、费用成本低等众多优势，已经成为航天领域研究的热点。而星载计算机是小卫星系统的核心，不仅在功耗、体积、重量、资源等方面有着特殊限制，而且对系统的实时性和可靠性也有着非常严格的要求。软件容错是提高系统可靠性的有效手段，但是，现有的软件容错技术并不能完全满足星载计算机的实际需要。因此，本文基于国产SPARC V8架构下的宇航级微处理器BM3803，研究开源实时多处理器操作系统RTEMS上的软件容错技术。 本文从分析空间环境和故障特点出发，针对抗SEL、抗SEU和软件缺陷处理等容错需求，在系统平台容错支持的基础上，提出一种更为全面的层次式、模块化的软件容错体系结构。首先，设计多模冗余加载和系统自检恢复，解决系统因文件损坏或硬件故障不能安全启动和正常工作的问题；其次，实现软件注入机制，解决系统在线升级和软件更新的问题；然后，提出改进异常处理和插入扩展块断言的控制流容错方法，增强RTEMS处理系统级控制流错误的能力；最后，结合实验测试和仿真结果，采用组合模型和软件可靠性模型等分析方法，对软件容错机制效能进行评估。结果表明，本文提出的软件容错结构是可行的，一定程度上提高了系统的可靠性。