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系统异构冗余容错设计研究

  系统异构冗余容错设计研究_电子/电路_工程科技_专业资料。提出了一种新的三模异构冗余自修复系统的设计方法,设计出了异构评价函数.利用演化硬件具有自适应与自修复的功能,实现了具有N模冗余特性的三模冗余电路.首先,利用遗传算法进化出3个原始功能电路;然后,每进化出一个具有相同功能的电路进行一次非相似度评价,选择出非相似度最大的3个电路保留,并

  2007年第26卷第10期 传感器与微系统(Tr锄sducer and Micmsystem Technolo画es) 25 系统异构冗余容错设计研究木 高桂军,王友仁,姚睿 (南京航空航天大学自动化学院。江苏南京21∞16) 摘要:提出了一种新的三模异构冗余自修复系统的设计方法,设计出了异构评价函数。利用演化硬件 具有自适应与自修复的功能,实现了具有Ⅳ模冗余特性的三模冗余电路。首先,利用遗传算法进化出3个 原始功能电路;然后,每进化出一个具有相同功能的电路进行一次非相似度评价,选择出非相似度最大的 3个电路保留,并进行应用。当3个异构电路中有一个出错后,对故障电路屏蔽,可进化修复该出错电路, 并重新投入运行。从而大大地提高了容错性能,且具有体积小、成本低、功耗小、不影响系统正常运行等优 点。利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)对二位比较器进行容错设计验证,分析比较了非相似度评价在 异构设计中的作用与影响,实验结果证明了新方法的可行性和电路的高度可靠性。 关键词:演化硬件;在线进化;容错;三模冗余;异构;自修复 中图分类号:TP301.6 文献标识码:B 文章编号:1000一9787(2007)10一0025一04 Research on redundancy and tolerance of structures木 of system稍th dimjrent GAO ((bue妒of Au蛐6明舭d En洳血g,Na面i呜UniVersity 舢船伽锄lti璐,Na蝎ing 21∞16,C蚰嗡) Gui-jun,WANG You—ren,YAO Rui Aem舱uH话and Abs晌西:A structures new desi印method of triple.modul盯semmpairiIlg redund明t new f矗lllt-“e舢t tIlat has circuits with di艉他nt desi印ed 粕d se睢repair of evolvable hardwa豫,triple—modular i8 pm】posed.A function is to me鹅ure the di&rence of stmctuI.es.UsiIlg tIle semdesigII redundancy is to implemented t}le s锄e capability丽tll tlle^Lmodlllar redund锄cy.Firsny,genetic a190ritllm is used totality is tllree They or generate circuits.When the genemted circuits’ and three best circuits are more,tlIe d调_erence function will be used in the system to evaluate them reserved. wiⅡbe印plied when the st叩condition is satisfied.If any fault is occurred accidentally,me fault circuit wiU be separated f而m sy8tem.触er didn’t it is repaired and inserted again,the system wiU have the s哪e faIllt-tole瑚t volume,low capability with tlle耐西nal.So it impmves the fault—tolerant capability,aTld has adv蚰tages of small cost,low州er粕d tllat me new a&ct tlle system’s function.ne e如ct is vdidated by the 2 bits eoHlparator访th FP(瀹.The e雎ct of tlle di腑rence function is analyzed in tlle desi伊pmcess.,11le experim蛐tal r}esults prove method is fe鹊ible肌d the designed system is reliable rarely. evolution on Key w叫ds: evolvable hardware; line;f如lt“eraI地e; triple-modular redund卸cy;di骼r;em stnlcture;self.repair O引 言 用三模冗余系统u’2 J。经典的三模冗余结构故障容错模型 是基于多数表决的思想,其可以正常工作的条件是:三模均 正常工作;或三模中有任意两模正常工作pJ。然而,当在 恶劣环境下对系统可靠性和容错能力有更高要求时,三模 冗余系统的容错能力一般难以满足需要,由此,出现了|7、r 模冗余H.5 J。尽管Ⅳ模冗余在系统可靠性上比三模冗余大 为提高,但是,Ⅳ模冗余也带来了功耗、体积、重量、价格等 缺点,使得在航空航天等领域的应用受到限制。 随着数字电路规模的增大,电路复杂性的提高,数字系 统的容错能力已经成为了衡量一个系统安全性、可靠性以 及可用性的重要指标,尤其是恶劣环境以及人员维修不便 的地方。容错系统已经广泛应用于航空航天、深海作业、医 学、电力等领域,组成高可靠性控制系统。 传统数字系统容错设计中应用最亡泛的容错形式为硬 件冗余。对于有高可靠实时容错要求的场合,常见的是采 收稿日期:2007—03一02 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60374008,90505013);航空科学基金资助项目(2006zD5

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