[发明专利]一种异构冗余的拟态MCU

说明书

本发明提供了一种异构冗余的拟态MCU，包括异构MCU模块和拟态调度模块；所述异构MCU模块包括至少三个不同架构的MCU芯片以及对应MCU芯片的外围子系统，该MCU芯片中的一个作为备份MCU，其他作为判决MCU；所述拟态调度模块包括判决模块和多个数据通信接口；所述MCU芯片通过对应的数据通信接口与所述判决模块信号连接，该数据通信接口接收所有MCU芯片的运算结果并发送至判决模块，由判决模块判决MCU工作状态及唯一结果输出。本发明所述的异构冗余的拟态MCU，能够使单个或多个MCU收到外部攻击后系统仍保持正常工作状态或快速恢复正常工作状态，提高系统功能和性能的稳定性，提高系统的安全性和鲁棒性。

技术领域

本发明属于微控制器技术领域，尤其是涉及一种异构冗余的拟态MCU。

背景技术

微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)，又称单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。目前MCU应用广泛，并且在电路中起到关键的控制作用，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器、导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通讯与数据传输、工业自动化过程的实时控制和数据处理等。

但是，在现在的以微控制器为核心的硬件系统中，都是采用单个MCU作为控制单元。单个MCU可能由于单一器件损坏，外部攻击或内部漏洞导致系统瘫痪，计算结果错误或失效。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种异构冗余的拟态MCU，通过多个异构MCU和一个调度器的架构设置，使得单个或多个MCU受到外部攻击后系统仍能保持正常工作状态或快速恢复正常工作状态。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种异构冗余的拟态MCU，包括异构MCU模块和拟态调度模块；

所述异构MCU模块包括至少三个不同架构的MCU芯片以及对应MCU芯片的外围子系统，该MCU芯片中的一个作为备份MCU，其他作为判决MCU；

所述拟态调度模块包括判决模块和多个数据通信接口；

所述MCU芯片通过对应的数据通信接口与所述判决模块信号连接，该数据通信接口接收所有MCU芯片的运算结果并发送至判决模块；

所述判决模块的判决输出过程包括以下步骤：

(Ⅰ)接收多个判决MCU和一个备份MCU的运算结果；

(Ⅱ)将所有MCU芯片的运算结果进行对比，对比结果包括以下三种情况：

(a1)在判决模块预设的阀值内，判决MCU中出现运算结果相同且数量最多的MCU芯片；

(a2)在判决模块预设的阀值内，判决MCU结合备份MCU出现运算结果相同且数量最多的MCU芯片；

(a3)排除以上两种情况的其他情况；

(Ⅲ)若对比结果为(a1)或(a2)，则将运算结果相同且数量最多的MCU芯片作为正常工作的芯片，并将该芯片的运算结果作为判决模块的唯一结果输出，若存在其他MCU芯片，则同时判决模块向其他MCU芯片输出清洗指令，并重复步骤(Ⅰ)、(Ⅱ)和(Ⅲ)，实现其他MCU芯片的全局复位和状态恢复；

若对比结果为(a3)，则判定该拟态MCU工作状态极度不安全，保留其中一个MCU芯片工作，同时判决模块向其他MCU芯片输出清洗指令，并重复步骤(Ⅰ)、(Ⅱ)和(Ⅲ)。