基于可重构计算的高可靠星载计算机体系结构研究

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1、湖南大学博士学位论文基于可重构计算的高可靠星载计算机体系结构研究姓名：任小西申请学位级别：博士专业：计算机应用技术指导教师：李仁发20070518捅要空间技术的发展对于全人类和世界各个国家具有极为重要的意义。它不仅是一个国家综合国力和尖端科技实力的体现，而且对国家的军事、国防和经济有着重要影响。近年来，『蝤=界卜I许多蹦家都先后启动了大规模的空删技术研究计划，包括火星探测、载人飞行和臀，{等。艰载计算系统是计算机技术在宁问环境下的应用，负责完成空间b行器的控制平Il数掘处理仟务。山于空间环境的恶劣条件，从而对星载计算系统在性能、可靠性和成本上提出了巨大的挑战。在高昂的研究

2、与制造费用、有限的硬件资源下，要确保海量数据处理的高可靠性是一项困难又关键的任务。设计一个高速、可靠并且在成本上可接受的星载数掘处理系统对于宇宙科学探索及完成预定科学任务具有重大意义。本文以空I’日J太阳望远镜(SST,SpaceSolarTelescope)项目为背景，研究支持海量数掘处理、具有高可靠性和高性能的星载计算机体系结构，系统故障检测和修复方法及其可靠性理论分析。在研究分析可重构技术发展及其特点的基础上，指出高速、灵活的动念可重构技术能很好地满足星载计算系统存j葛可靠悱和高性能两个方承】的要求。提出了一种以LEON2处理器核为摹础的模块化动念可季构体系结构，以

3、埘噜强^!载汁卯系统的数材C处卿能力，提高系统功能的灾活性。咳体系结构以LEON2处理器为核心，使川动态u丁再构模块实现海晕数掼i：处坪，从而充分发挥rq龟构硬件资源所具有的并行特性，以改善埋载计算系统的海量数扼处理性能。动态重构模块与LEON2处理器之间采用通用的总线接口进行通信，与专用接[j相比有利于提高系统的灵活性。为了增强动念重构系统的可靠性，提出了一种改进的三模冗余(TMR)结构和基于重构配置数据的错误监测、故障检测和恢复方法，并利用JBits对硬件配置过程和配置数掘细节进行封装、简化的特点，完成各种配置数掘的操作，实现故障检测和恢复。同时，使用Markov过程

4、理论对该结构和方法的可靠性进行了建模和分析。分析结果表明：在动态重构特性的支撑下，此故障检测和修复方法能显著改善系统的可靠性。研究了基于LEON2的模块化动念重构系统实现，建、Z了一一个原型系统。以快速傅立叶变换(FFT)为摹准测试。典例，将动念币：构原型系统’，80386、ADSP21020等其它犀载计算系统常刷数别处删器的¨能进行了比较。结果显乃÷：神i人量连续数圳处理情7兕卜，基于模块化动态町重构系统性能强予其它系统处理性能。最后给i=}j了’个箍rJBits／JRoute的故障修复模拟实验，通过借助JRoute的自动确线功能，当芯片上存在布线资源故障时，JRout

5、e可以找到替换的路径，修复故障。关键词：动态可重构；星载计算系统体系结构；TMR；故障检测和修复他I学位论殳AbstractThedevelopmentofaerospacetechnologyisveryimportanttodifferentnationsandhumanbeingsinwhole．Itisasignofthecomprehensivenationalstrengthandtheresearchanddevelopmentcapabilityinadvancedscienceandtechnology．Theaerospacetechnologyhas

6、greatimpactsonmilitarytechnology,nationaldefence，economy,aswellasmanyotherrelatedfields．Recently,manycountrieshavelaunchedvariouslarge—scaleaerospaceexploringprojects，suchasmannedorbitflight，mannedmoonlanding，triptoMarsandSOon．OBCS(on—boardcomputingsystem)istheapplicationofcomputingtechno

7、logyinouterspaceenvironment，anditfulfilsthetaskslikeaerocraficontr01．communicationandon·boarddataprocessing．Duetothepoorworkingconditionsinouterspace．itisagreatchallengeforOBCStoachievegoodperformancesinspeed，reliabilityandcostsimultaneously．Thehighmanufacturecostan