[发明专利]一种用于三机变结构容错计算机系统管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于三机变结构容错计算机系统管理方法，特别适用于具有三台单机，并以可变结构的形式进行冗余容错工作的计算机系统。

背景技术

空间站的容错控制计算机需要同时满足高实时性和长寿命的要求。在关键任务段，如交汇对接和变轨等操作中，要能实时容忍任何一台单机发生的故障，以满足实时容错的要求；在一般任务段，要工作在三机冷备份状态，以延长容错控制计算机的寿命，满足长寿命的要求。由于容错计算机需要变换工作模式，这就带来了由冷备份工作模式切换到热备份工作模式的并机问题，即新加电的计算机没有上下文现场数据，需要获得上下文现场数据。

现有的容错计算机只能工作于固定的冗余模式，无法同时满足上述两个要求。例如：

1.神舟飞船的容错控制计算机采用三机热备份模式，即三台单机全部加电工作。通过三取二表决容错，该机可实时屏蔽一个故障，能满足关键段GNC控制任务的实时性和可靠性要求。但是三机热备份容错控制计算机的三台单机只能全部加电，导致三机热备份的功耗大，而且受太空辐射的影响，加电工作计算机的可靠性会严重衰退，无法满足长寿命工作的要求，只能应用在载人飞船这样的短期项目中；

2.其它卫星控制计算机基本采用三机冷备份工作方式，即一台计算机加电工作，其余的备份计算机不加电。未加电的计算机所受的辐射损要远低于未加电的计算机，因此该方式可显著延长冗余备份计算机的使用寿命。当加电计算机发生故障时，需要将该加电计算机断电，然后给冷备份计算机加电，这个过程需要较长的时间，在此期间无法执行

控制任务，航天器将处于没有控制的状态，因此三机冷备份冗余容错计算机无法满足实时性的要求。

现有的专利中也没有能同时满足长寿命和高实时性容错的计算机：

1.北京航空航天大学于2009年公开的CN200910086598.X号专利中，提出了一种可降级的容错控制计算机，除能完成三机热备份工作、提供强实时的容错能力外，该专利还实现了从三机热备份降级到三机冷备份的情况，但该专利未考虑从三机冷备份转换到三机热备份的并机工作情况；

2.首都师范大学于2009年公开的CN200910000652.4和CN200910000651.X号专利中，提出了一种三机热备份的同步和重构方法，这些技术都只考虑了三机热备份冗余容错，但未考虑冷备份工作模式，也未考虑由冷备份工作模式切换到热备份工作模式的并机问题；

3.哈尔滨工业大学于2007年公开的CN200710144973.2号专利中，提出了一种TMR容错计算机，但该容错计算机未考虑冷备份工作模式，也未考虑由冷备份工作模式切换到热备份工作模式的并机问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种用于三机变结构容错计算机系统管理方法。本方法实现的容错计算机可工作在热备份工作模式或冷备份工作模式下，并且可以从冷备份工作模式平滑的切换到热备份工作模式。可实现同时实现实时容错能力和长寿命容错控制能力。

本发明的技术解决方案是：

一种用于三机变结构容错计算机系统管理方法，针对三机变结构容错计算机系统不同工作模式进行管理，包括热备份工作模式下的管理步骤、冷备份工作模式下的管理步骤和并机模式下的管理步骤；所述系统包括三台单机和容错管理模块；所述单机具有通信模块和应用程序模块，应用程序模块为单机的功能模块，通信模块为单机负责三台单机间以及单机与容错管理模块间的数据传输；所述容错管理模块在不同工作模式下对加电单机进行监控、对加电单机的计算结果进行表决；

在所述热备份工作模式下，三台单机同时加电工作，并有一台单机作为主机输出控制信号；在冷备份工作模式下，仅有一台单机加电，并作为主机输出控制信号；在所述并机工作模式下，在三台单机从冷备份模式向热备份模式转换，或在热备份模式下，由一台单机发生故障，失去上下文数据时，进行单机间的上下文数据并机处理；

在热备份工作模式下，具体管理步骤为：

步骤11：三台单机分别在控制周期中调用应用程序模块执行控制任务，获得单机的计算结果；转入步骤12；

步骤12：各单机的应用程序模块通过通信模块将计算结果发送到其它单机；并利用通信模块接收由其它单机传入的计算结果；数据发送结束后，转入步骤13；

步骤13：各单机应用程序模块读取通信模块中其余单机的计算结果，并对计算结果进行三选二表决；根据表决结果产生本单机的健康状态信号并输出到容错管理模块；转入步骤14；

步骤14：容错管理模块利用三台单机的健康状态信号确定主机；