探究嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)策略

吳婧

【摘要】 隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們逐漸進(jìn)入信息時(shí)代。當(dāng)前是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的時(shí)代，計(jì)算機(jī)也就成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾ぞ摺Ｓ?jì)算機(jī)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)宇航、航空以及各種工程設(shè)計(jì)的科學(xué)控制的重要手段。由于其設(shè)計(jì)的領(lǐng)域具有相當(dāng)重要的作用，因此計(jì)算機(jī)的可靠性成為一項(xiàng)重要的因素。做好計(jì)算機(jī)故障策略，即計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)成為一項(xiàng)需要解決的重要問題。本文對嵌入式計(jì)算機(jī)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡單的介紹，提出了相應(yīng)的解決控制系統(tǒng)容錯(cuò)的策略。

【關(guān)鍵詞】 嵌入式計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng) 容錯(cuò) 策略

容錯(cuò)設(shè)計(jì)是提高計(jì)算機(jī)可靠性的重要方式，加強(qiáng)對嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的了解，對容易出錯(cuò)的地方進(jìn)行深刻的分析，以良好的解決方案提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)更好的控制。

一、嵌入式計(jì)算機(jī)容錯(cuò)概念

當(dāng)電源產(chǎn)生不足以及硬件出現(xiàn)故障等情況時(shí)容易造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)臨時(shí)中斷，從而造成數(shù)據(jù)丟失等情況。計(jì)算機(jī)容錯(cuò)控制系統(tǒng)是運(yùn)用于軍事、航空航天、工業(yè)控制以及銀行、通信等領(lǐng)域的重要控制系統(tǒng)，其主要由軟件和硬件系統(tǒng)兩部分組成，減少及避免由計(jì)算機(jī)失效而引發(fā)的重大事故的發(fā)生[1]。計(jì)算機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)是結(jié)合計(jì)算機(jī)失效的不同情況進(jìn)行針對性的故障檢測。

二、嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)的工作模式

1、故障限制。將故障的影響控制在一定的范圍之內(nèi)即所謂的故障限制，使計(jì)算機(jī)的其他部分得到很好的保障。做好限制故障可以通過故障問題進(jìn)行線路的檢測，在操作前進(jìn)行一致性的檢驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行多次詢問確認(rèn)，從而縮小故障影響的范圍。

2、故障檢測。在線檢測和離線檢測是故障檢測的最主要方式，其中進(jìn)行離線檢測時(shí)的系統(tǒng)必須停止工作，像衛(wèi)星控制、銀行等不能停機(jī)的控制系統(tǒng)只能進(jìn)行在線檢測。

3、重試。由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障具有多樣性，一些瞬間故障的發(fā)生可能使系統(tǒng)發(fā)生短時(shí)間的故障，從而使整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤。這時(shí)就需要對操作進(jìn)行重試，以獲得正確的結(jié)果。對于沒有產(chǎn)生物理破壞的暫時(shí)性故障，重試可以起到很好的作用。

4、重組和修復(fù)。重組是針對永久性故障所進(jìn)行的。其主要是通過對系統(tǒng)的組件進(jìn)行重組，對于失效的部件進(jìn)行隔離、切除或替換，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。修復(fù)在離線與在線的情況下都能進(jìn)行，其中進(jìn)行離線修復(fù)可以拆下所要修復(fù)的部件，整個(gè)系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。而在線修復(fù)是對發(fā)生故障的部件進(jìn)行及時(shí)的更換。

三、嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)設(shè)計(jì)

1、指令冗余。操作碼和操作數(shù)是計(jì)算機(jī)指令的重要組成部分。其中CPU所完成的操作由操作碼進(jìn)行指明。而操作碼的操作對象為操作數(shù)。程序計(jì)數(shù)器PC負(fù)責(zé)對操作碼、操作數(shù)等指令進(jìn)行控制。因此在PC遭遇干擾時(shí)會影響其他指令的正常進(jìn)行，使程序脫離其運(yùn)行的軌道，即跑飛。有效減少跑飛現(xiàn)象的發(fā)生，將跑飛的程序迅速待會既定的軌道需要盡量運(yùn)用單字節(jié)指令，并將NOP指令插入到關(guān)鍵位置，即所謂的指令冗余。其中將單字節(jié)的NOP指令插入到雙字節(jié)指令和多字節(jié)指令之后，可以有效提高指令間的緊密度，使其后的指令不易被拆散[2]。其中NOP指令作為一項(xiàng)空操作指令能夠減少跑飛在操作數(shù)上的程序?qū)ζ渌噶畹挠绊?，促進(jìn)程序的正常運(yùn)行。其次進(jìn)行重要指令重執(zhí)，將一些重要的指令進(jìn)行重復(fù)寫上，進(jìn)一步確保指令的正確運(yùn)行。最后對重要數(shù)據(jù)進(jìn)行程序的復(fù)核，對于重要的數(shù)據(jù)需要將其在程序中進(jìn)行復(fù)核，通過復(fù)核及時(shí)處理程序中錯(cuò)誤，修改相關(guān)數(shù)據(jù)，以保證其在指定的范圍內(nèi)進(jìn)行。

2、軟件陷阱。利用軟件陷阱中的引導(dǎo)指令對跑飛程序進(jìn)行及時(shí)有效的撲捉，并將其引向復(fù)位入口。在這一過程中對程序中產(chǎn)生的錯(cuò)誤進(jìn)行處理。未使用的ROM空間、運(yùn)行程序區(qū)以及中斷服務(wù)區(qū)都是軟件陷阱的常用手段。結(jié)合軟件規(guī)模的不同，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要讓ROM空間留有一定的空余，將引導(dǎo)指令 填滿非程序用區(qū)的空位，這樣就可以將跑飛的程序迅速的引導(dǎo)回來，找回其既定的程序入口地址，保證程序正常運(yùn)行。運(yùn)行程序區(qū)主要對跑飛程序進(jìn)行抑制，以提高程序運(yùn)行的可靠性。利用模塊化的設(shè)計(jì)，使程序在既定的模塊中執(zhí)行。在用戶程序模塊空余單元放置陷阱指令組，從而將跑飛程序拉回正常軌道。中斷服務(wù)程序區(qū)就是在主程序的運(yùn)行區(qū)間設(shè)定計(jì)時(shí)器，實(shí)行定時(shí)中斷。當(dāng)跑飛程序到達(dá)所設(shè)定的中斷運(yùn)行區(qū)內(nèi)時(shí)進(jìn)行定時(shí)中斷。例如將ADD1——ADD2區(qū)間設(shè)為主程序的運(yùn)行區(qū)間，中斷斷點(diǎn)地址為ADD。當(dāng)ADDADD2時(shí)就說明程序發(fā)生了跑飛。而利用定時(shí)中斷服務(wù)就能立即終止跑飛的程序，并將其帶回復(fù)位入口，保證程序的正常運(yùn)行。

結(jié)束語：嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)策略對提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性具有重要作用，能夠更好的保證遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文主要介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)的基本概念，同時(shí)提出了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)策略。希望有更多的學(xué)者能夠在嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)上作出更多的研究，促進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的不斷完善。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李璟.高可信嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性與易用性設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

[2]陳熙.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)[J].消費(fèi)電子，2014，（8）：172-172.