一种新型仿生硬件容错系统——胚胎电子系统

本文介绍了一种从自然界获取灵感的新型容错设计方法--胚胎电子系统设计.它的容错原理是根据在生物细胞内部冗余结构里发现的自修复机制来实现的.胚胎电子系统,就是基于构造一个具有自检测和自修复能力的处理单元阵列的仿生硬件容错系统.本文阐述了这种容错方法的设计原理,介绍了该系统的基本结构,并通过一个设计实例的介绍来验证该方法的有效性.     

胚胎型仿生自修复系统硬件消耗分析

胚胎型仿生自修复系统具有实时自修复能力,可用于高可靠性电子系统的设计。在设计过程中,其硬件消耗是工程师十分关心的问题。在分析胚胎型仿生自修复系统结构基础上,根据自修复过程特征,建立了其系统硬件消耗模型。并以三模冗余自修复系统为对比,对胚胎型仿生自修复系统的硬件消耗进行了仿真分析。分析表明,胚胎型仿生自修复系统在大规模、高自修复能力的电路设计中具有优越性,且通过电子细胞辅助电路的优化设计,可以降低自修复过程中的硬件消耗。     

胚胎电路自检测研究综述

胚胎电路是一种新型的仿生硬件,具有自诊断和自修复的能力,它可以有效提高电子系统在复杂环境中的可靠性。胚胎电路故障自检测是胚胎电路实现自修复的前提,是影响胚胎电路可靠性的重要因素之一,也是胚胎电路研究领域的一个关键问题。介绍了胚胎电路自检测技术的基本概念和国内外研究现状,对其进行了分类归纳,比较了不同胚胎电路自检测技术的特点,讨论了胚胎电路自检测技术存在的主要问题,并对其未来的发展方向进行了展望。     

具有在线修复能力的强容错三模冗余系统设计及实验研究

 为提高太空恶劣环境中电子系统的可靠性,提出了一种具有芯片级在线修复能力的强容错三模冗余(TMR)系统结构及设计方法,可在不影响系统正常工作的前提下实现故障模块的在线修复.该系统采用TMR结构,可实时检测定位故障模块;模块采用组件备份法设计,故障发生时可通过备件切换法快速自修复,模块中每个故障组件均可通过进化进行修复;并通过异构冗余降低2个以上模块同时故障的概率.以具有片内三模冗余的三阶高密度双极性(HDB3)编码器系统设计为例,对系统结构和各种容错修复机制进行了验证,结果表明系统可靠性得到很大提高.     

基于多路选择器的胚胎电子系统的设计与实现

胚胎电子系统的多细胞结构和工作机制产生于多细胞生物启发的灵感，是一种具有在线自诊断、自修复能力的细胞阵列。文章介绍了胚胎电子阵列的结构和基本原理，给出了细胞电路的设计方案，提出了一种胚胎电子阵列重构时保持电路状态的工作机制。以序列信号发生器为例，给出了基于胚胎电子阵列的应用系统设计方法，通过数字仿真验证了方案的可行性与正确性。     

光纤通道拓扑结构冗余方法研究

对于采用光纤通道(FC)互连的航空电子系统,在FC3种基本拓扑结构的基础上,分别给出了FC组合拓扑结构和由多个FC交换机组成的FC交换式网络的通信模型。针对航空电子系统的分布式网络模型,给出了基于任务的可靠性分析方法。根据航空电子系统容错功能和提高可靠性的需要,提出了FC的3种基本冗余结构:双环结构、双交换机结构和交换机仲裁环冗余结构,专门针对FC交换式网络提出了两种冗余结构:基本路径冗余和全网络冗余,专门针对FC组合拓扑结构提出了桥端口冗余结构;通过基于任务的可靠性分析,对各种容错拓扑结构进行了比较。对FC各种冗余拓扑结构的研究对于航空电子系统设计阶段的容错设计和冗余结构设计都将起到一定作用。     

仿生容错系统的可靠性分析

人工生命科学就是研究生物机体的特征，胚胎电子学介绍了新一代生物灵感容错FPGA系列，适合于人工生命的研究，胚胎电子阵列通过硬件冗余和阵列重构机构获得容错功能，本文论述和分析了根据κ-out-of-m可靠性模型的胚胎电子阵列的重构策略。讨论了行取消和细胞取消两种方案。     

用于胚胎电子阵列的实验系统

胚胎电子阵列是新兴的研究方向,基于胚胎电子阵列实现的电路具有与生物类似的自修复、自组织等能力。当前研究多限于软件仿真,缺少相应的实验系统。设计了实验系统体系框架和电子细胞模拟模块结构并进行了实现,多块细胞模拟模块组成胚胎电子阵列,与外围的信号发生器、逻辑分析仪等仪器连接,构成胚胎电子阵列的实验系统。基于该实验系统进行了某胚胎电子阵列上目标电路的实现,实验表明,实验系统能够验证胚胎电子阵列功能,并能够监测阵列中关键信号,为研究阵列结构及自修复机制提供了硬件实验条件,具有很大的实际意义。     

大数据环境下的可靠存储技术思考

针对分布式容错技术的研究,提出了两点关键要求:降低冗余开销、提高节点修复效率。分析目前主流的容错策略:复制、纠删码、再生码、基于局部可修复码,并认为这些容错策略存在不同程度的缺陷,因此设计出容错能力、计算效率及存储利用率更高的容错策略,仍是未来很长一段时间内值得深入研究的问题。     

混合信号电路设计技术研究

本文针对航天电子系统小型化发展的特殊要求,提出在星载电子系统中进行混合信号电路设计,重点探讨了混合信号电路设计技术所面临的问题及其对策,并以星载计算机的下行信道设计为例,对航天微电子系统的混合信号设计进行了初步探索。     

一种新型的仿生电子细胞基因存储结构

基因存储是电子细胞的重要组成部分,已有的基因存储无法兼顾系统的可靠性和硬件消耗。设计了一种新型的基因存储结构,细胞采用相关冗余方式存储系统的部分基因。通过基因更新过程,基于相邻细胞的基因信息恢复故障细胞损失的基因。细胞内存储基因数目与阵列和目标电路规模无关,可由设计者根据系统需求设置。理论分析和仿真实验表明,该基因存储不仅实现了阵列功能分化和自修复,而且可在保持系统可靠性的前提下,降低基因存储的硬件消耗,可用于大规模仿生自修复芯片的设计。     

一种LUT型胚胎电子阵列的功能分化方法

针对LUT型胚胎电子阵列功能分化方法的不足,提出了一种新型的LUT型胚胎电子阵列功能分化方法,根据目标电路的功能描述,通过前端综合、逻辑优化、逻辑映射、打包等操作,将目标电路转换为电子细胞为基本节点的电路形式,通过物理映射、基因库生成,将电路映射到阵列上,确定阵列中每个细胞的功能、连接,最终生成目标电路的基因库并确定每个细胞的表达基因,完成胚胎电子阵列的功能分化.该方法无需对计算过程中每一代电路进行功能评估,运算量小,计算速度快,为基于LUT型胚胎电子阵列的自修复电路应用提供了设计方法.最后,使用一个算例阐述了功能分化过程,并通过多个电路验证了该方法的分化速度.     

双余度信号容错处理与故障注入方法

在航空、航天以及工业控制领域,为提高系统的可靠性及容错能力,会对关键信号采用冗余设计,而双余度信号则是经常使用的一种冗余策略。文中介绍了一种双余度处理技术,同时为减少系统开发成本,设计采用了软件的故障注入技术,并通过软件故障注入技术对该处理技术进行验证,验证结果表明,该处理技术是有效、可行的。     

基于资源池的测控设备动态集中管理

为满足日益增长的航天测控任务需求,采用基于资源池的测控设备动态集中管理,可以有效降低投入成本,提高系统的可靠性和资源利用率。介绍了我国传统测控系统体系架构,从优化传统测控站的资源利用率角度入手,提出了基于资源池的测控设备动态集中管理,分析了其功能需求,论述了关键技术问题,为实施基于资源池的测控设备动态集中管理提供了一定参考。     

软硬件协同容错电源控制系统的验证

本文对卫星星载软硬件协同电源控制系统容错设计进行了介绍，利用故障注入方法对创新一号小卫星电源控制系统的容错设计进行了验证，通过设计针对容错设计的测试方案，对容错设计进行了全面的测试，保证了容错设计的可靠性。     

TTP总线在分布式飞控计算机系统中的应用

TTP总线具有高确定性、低时延、容错支持等优点,在构建有硬实时需求的安全关键分布式容错系统中有较大优势。文章简要总结了飞控计算机系统对系统总线的需求,介绍了TTP总线分布式时钟同步与确定性通信技术,分析了TTP总线容错特性与安全性,设计了基于TTP总线的三余度分布式飞控计算机系统,测试验证了系统中的TTP总线同步精度、通信延迟与抖动、TTP总线对飞控功能的支持等,能够满足飞控计算机系统的通信需求。     

航天地面测控系统的健康管理应用

健康管理技术为管理对象提供健康状态管理和维护功能,已成为航空航天装备系统的重要组成部分.针对航天地面测控系统的健康管理需求,提出了基于多层级健康状态采集信息的健康管理体系架构,为地面测控设备提供状态监视、故障诊断和健康状态评估服务,并对相关健康管理功能的业务模型进行了分析,对全系统的健康管理体系工作流程进行了设计.该健康管理系统目前已实际应用于某地面测控站的建设中,提高了地面站设备的故障检测维修效率.     

利用BIT技术提高雷达维修性

在现代复杂电子系统中,机内测试(BIT)技术作为提高系统可维修性和可测试性的重要手段,日益得到普遍重视和广泛应用。根据设计原则,BIT系统采用多机分布式结构,故障检测电路和故障检测软件采用通用化设计,故障定位采用基于故障传播有向图的故障定位方法。本文对雷达设备的维修性及状态监测方面进行了探索,主要阐述了机内测试系统的实现结构及其基于故障树算法实现故障定位的原理,介绍了通用故障检测电路的工作原理,总结了设计过程中应注意的问题及相应的解决方法。     

机载电子设备的智能自检设计

介绍了机载电子设备机内自检测方式、要求及设计方法,在BIT设计中,采用软硬件相结合的方法,运用了系统综合设计、人工智能技术中的专家系统等技术,降低检测的错误概率,增强了机载电子设备的故障检测能力．提高了设备的可靠性．