[发明专利]基于负荷分担式的容错飞行控制系统及故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种负荷分担式双机容错技术，具体为一种基于负荷分担式的容错飞行控制系统及故障检测方法。 

背景技术

典型无人机飞行控制系统一般由传感器、飞行控制计算机、执行机构组成。三部分都是飞行控制系统的关键，而飞行控制计算机更是飞行控制系统的核心组成部分，因此采用容错技术提高飞行控制计算机的可靠性。 

容错是指系统对故障的容忍能力，是利用外加的冗余资源，使处于工作状态的系统中一个或多个关键部分发生故障或出错时，通过自动检测与诊断来掩盖故障的影响，并能采取相应措施保证系统维持其规定功能或保持其功能在可接受的范围内。容错计算机的多处理机间工作方式有热备份式、负荷分担式。热备份式系统中的主机和备份机是同步随动关系，它们输入相同的信息，执行相同的程序，比较输出结果，再有输出切换电路决定哪个处理机的结果最为系统最终输出。 

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于负荷分担式的容错飞行控制系统及故障检测方法。 

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案： 

本发明基于负荷分担式的容错飞行控制系统，包括调度管理模块、故障管理模块、控制律模块、导航制导模块、航线管理模块、遥控遥测模块和数据采集模块，上述每个模块都固定共享内存块，所述内存块由上述多个模块读但只能由上述一个模块写，利用互斥信号量实现任务模块访问内存时独享内存块的使用权，从而实现上述模块间的数据通信。 

基于负荷分担式的容错飞行控制系统的故障检测方法如下： 

正常工作时，第一飞行控制计算机、第二飞行控制计算机分担完成不同的飞行控制 功能模块，若发生故障，剩下的飞行控制计算机完成所有飞行控制功能；社设置5个故障检查点： 

(1)双口RAM初始化：在飞行控制软件未进入多任务调度时，对双口RAM所有内存单元写入固定值，再读取双口RAM内存单元的数值，当固定值与双口RAM内存单元的数值一致，则初始化成功，否则双口RAM初始化失败重新初始化； 

(2)看门狗监测点； 

(3)任务运行频率判断：将任务运行频率的判断放在优先级最高的任务中，隔1s判断一次，当任务运行频率误差在理论任务运行频率±5％以外，则断定实时操作系统调度异常； 

(4)双口RAM数据定时更新判断； 

(5)工作状态判断：双处理机间通过CAN总线进行工作状态信息的交互。处理机一方面发送状态信息，并判断是否收到对方的状态信息，以确定对方是否也在工作；另一方面收到对方状态信息后，比较双机的工作状态，若不兼容则进行故障处理。 

所述的第一、二飞行控制计算机正常运行时通过双口RAM、CAN总线通信，协同完成飞行控制功能，检测到其中一个计算机故障时，剩余的能完全担负起飞行控制功能。 

本发明负荷分担式系统中的主机和从机协同完成系统功能，与热备份式双机系统相比，它不需要额外硬件支持，实现简单。 

附图说明

图1是主CPU的工作状态切换图。 

图2是从CPU的工作状态切换图。 

图3是双口RAM初始化工作流程。 

图4是从CPU开机同步工作流程。 

图5是主CPU双机配合工作流程。 

图6是从CPU双机配合工作流程。 

图7是主CPU单机工作流程。 

图8是从CPU单机工作流程。 

图9是各个任务运行调度示意图。 

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步描述： 

分析双CPU的不同运行阶段，将它们的工作状态分为开机同步、双机配合、单机运行、隔离状态，根据故障检测、处理结果，切换CPU的工作状态，主从CPU的状态切换见图1、图2。 

本将负荷分担式双机容错技术引入飞行控制软件中，将软件容错分为5个方面设计： 

(1)双口RAM初始化 

双口RAM初始化是双处理机分别初始化双口RAM的不同内存块，用于检测双口RAM是否正常。因为此时飞行控制计算机还没有正式进入正常飞行控制状态，所以当双口RAM初始化失败时，主CPU直接进入隔离状态，而从CPU则单机工作并通知地面监控软件飞行控制计算机已发生故障，如图3所示。 

(2)开机同步