摘要：核安全级数字化控制系统(DCS)是核电厂的核心控制系统,对保障核电的安全运行起着至关重要的作用.随着控制系统向数字化方向发展,现场可编程门阵列(FPGA)技术在安全级DCS系统中得到了广泛使用.针对FPGA在核电仪控系统领域面临的可靠性问题,本文提出一种适用于FPGA利用三模冗余(TMR)技术提高核电仪控系统可靠性的方法,详细分析了三模冗余技术应用的优缺点,提出改进方案,并解析了FPGA芯片实现三模冗余的方法,针对基于FPGA利用三模冗余技术进行工程设计过程中存在的资源问题提出解决方案.

摘要：在FPGA的三模冗余设计中,寄存器的反馈环路会导致错误持续出现,严重影响三模冗余的容错性能,因此需要在寄存器的反馈环路上插入表决器。该文首次提出了一种针对映射后网表进行三模冗余设计的方法,同时提出了基于关键路径的表决器插入算法,该算法在表决器的插入时避开关键路径,缓解了三模冗余设计中插入表决器时增加延时的影响。与国外同类算法相比,该文算法在不降低电路可靠性的前提下,以不到1%的面积开销,使得关键路径延时减少3%~10%,同时算法运算速度平均提高35.4%。

摘要：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.

摘要：为了增强SRAM型FPGA抗单粒子翻转破坏的能力并减少硬件开销,提出一种面向查找表的基于可观性度量的选择性三模冗余方法.首先定义查找表发生单粒子翻转(SEU)故障的一种可观性概念,并结合概念给出理论计算公式;然后根据计算出的查找表可观性分布筛选出SEU敏感查找表;最后插入相应的冗余电路.此方法能够以较小的冗余比例,使得电路的抗SEU性能接近全三模冗余的效果.对MCNC’91的18个规模不同的电路进行实验的结果表明,文中方法平均只需要冗余37%的查找表,并且冗余后电路的抗SEU性能为92.6%,相比全三模冗余节省了63%的硬件开销,说明该方法能够在有效地提高电路的抗SEU性能前提下取得显著的硬件节省效果.

摘要：随着系统规模的扩大,并行计算的性能不断提高,但可靠性却也在不断下降,因此需要采用某种容错机制来容忍或恢复硬件故障和数据错误.目前常用的容错机制Checkpoint/Restart和多模冗余均引入了额外的开销,这些开销均在某种程度上制约了并行计算的可扩展性.因此,在高性能计算需求不断增长的今天,可扩展容错机制的设计显得尤为迫切和重要.以三模冗余(triple modular redundancy,简称TMR)为典型案例,描述了传统TMR在大规模MPI并行计算上的实现方法,分析了该机制所面临的实际问题,进而指出传统TMR制约了并行计算的扩展.根据该技术所面临的问题,设计了可扩展三模冗余(scalable triple modular redundancy,简称STMR),并进一步验证了其有效性和可扩展性.该机制不仅能够处理Checkpoint/Restart针对的fail-stop故障,还能够解决绝大部分硬件不能直接感知的数据错误.最后,借用BlueGene/L的系统参数进行模拟,预测当系统规模增大时,在分别采用TMR和STMR的情况下并行计算可扩展性的变化,结果进一步验证了STMR是可扩展的容错机制.

摘要：随着嵌入式计算机的应用越来越广,对嵌入式系统的可靠性要求也越来越高,嵌入式可信计算机应运而生。针对可信计算机的功能需求,研究了容错与嵌入式可信计算机的相关概念和技术,提出了三模冗余加单模热备份的3+1混合冗余结构,采用FPGA完成了基于该结构的系统管理板的研究与设计。实验表明:该管理板能够有效地管理系统中的计算模块、电源模块及I/O模块,并实现了表决功能、系统重构、热插拔等多项技术。

摘要：文中论述了作者自行研制的航天容错计算机ＦＴ－ＨＩＴ系统的设计与实现技术．ＦＴ－ＨＩＴ系统采用系统级三模冗余结构和主要由软件实现容错的冗余管理模式，具有对关键任务的容错计算和对非关键任务的分布处理功能．

摘要：论述一种分布式三模冗余控制系统的实现 ,包括系统CPU的选择、系统通信网络的实现、系统的同步策略以及三模冗余输出表决器的设计等 .实际表明这种系统设计方案能保证系统具有很高的可靠性、可用性和较快的开发速度 .

摘要：针对三模冗余结构可能导致FPGA软件失效的问题,提出一种错误注入的动态测试方法。将三模冗余设计生成的网表转化为有向图,通过回溯路径并遍历节点的配置输入值来判断三模冗余结构的正确性,针对驱动较多的节点,采用分解算法将有向图拆分成子图进行分析,对子图中寄存器的配置输入进行组合遍历计算寄存器的值,确定寄存器是否对单粒子翻转(SEU)敏感。该方法将动态测试中的错误注入方法和静态测试中的网表功能点比对结合起来,采用数学方法进行处理,降低了算法复杂度与测试时间成本。

摘要：将演化硬件与TMR技术相结合在系统级层面设计并实现了一款ETMR系统,并以马尔可夫过程理论为基础探讨了其可靠性规律.发现在任意区间上,ETMR较之单模和TMR系统具有较高可靠性,同时指出修复率与故障率比值是影响ETMR系统可靠度的主要因素,且比值越大其可靠度接近于1的区间跨度越大.系统构建方法及所得结论对于将ETMR系统应用于具体工程实践具有一定的启发和指导作用.