嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)策略

【摘要】在信息時(shí)代的大背景下，電子計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，并且也成為了人們正常的生產(chǎn)、生活以及休閑娛樂的重要組成部分。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在許多領(lǐng)域（航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、工程設(shè)計(jì)等）的生產(chǎn)以及管理中發(fā)揮著舉足輕重的作用。文中對(duì)于嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，并針對(duì)其控制系統(tǒng)內(nèi)的容錯(cuò)機(jī)制進(jìn)行了探討，以供相關(guān)從業(yè)人員進(jìn)行參考。

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

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）46-0249-01

引言

隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的不斷完善，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的容錯(cuò)性能也得到了顯著的提高，被廣泛地運(yùn)用到了電子信息通信、重、輕工業(yè)制造以及各種公共服務(wù)領(lǐng)域之中，無論是在穩(wěn)定性或者準(zhǔn)確性方面都受到了業(yè)內(nèi)專業(yè)人士的認(rèn)可。通過對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)策略研究不僅能夠有效地發(fā)現(xiàn)嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中存在的缺陷與問題，還能夠?yàn)閮?yōu)化嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)提供重要參考，對(duì)于發(fā)揮計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)價(jià)值具有重要意義。

一、概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)內(nèi)容

為了滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展與工業(yè)化進(jìn)程的需求，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也在不斷地創(chuàng)新與發(fā)展，構(gòu)建一個(gè)完善、健全的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也成為了當(dāng)前各個(gè)行業(yè)的戰(zhàn)略性目標(biāo)。隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的普及性越來越廣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性也受到了社會(huì)各界的關(guān)注。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)出來的數(shù)據(jù)可以看出，在大數(shù)據(jù)以及當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的現(xiàn)狀，如果想要有效地提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性就必須要從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的容錯(cuò)性進(jìn)行著手。所謂的容錯(cuò)就是允許出現(xiàn)故障或者錯(cuò)誤。以嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來說，如果計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)多加入一個(gè)硬件設(shè)備或者軟件內(nèi)容而出現(xiàn)錯(cuò)誤或者故障提示時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自我診斷與修復(fù)，以確保整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、正常地運(yùn)行。由此可見，加強(qiáng)嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的容錯(cuò)性是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要保障。

二、嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)工作模式

在通常情況下，嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)分為以下幾個(gè)部分：（1）系統(tǒng)故障的檢測(cè)：因?yàn)榍度胧接?jì)算機(jī)系統(tǒng)故障主要是以邏輯故障為主，而使用容錯(cuò)系統(tǒng)能夠運(yùn)用“統(tǒng)一性校驗(yàn)”、“奇偶校驗(yàn)”的方式來進(jìn)行精確檢測(cè)。當(dāng)前對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障的檢測(cè)方式主要有兩種：在線、離線檢測(cè)。值得注意的是，在線檢測(cè)方式的優(yōu)勢(shì)是能夠進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)功能，并且能夠和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)相協(xié)調(diào)。也正是因?yàn)槿绱嗽诰€檢測(cè)方式被運(yùn)用在高精密度的環(huán)境中（比如衛(wèi)星控制系統(tǒng)或者軍工生產(chǎn)與控制系統(tǒng)）。如果采用離線檢測(cè)的方式，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則必須要退出工作狀態(tài)。（2）系統(tǒng)故障限制：嵌入式計(jì)算機(jī)容錯(cuò)故障限制模式就是當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障或者出錯(cuò)的時(shí)候，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)受到故障原因的影響使得系統(tǒng)的性能被局限在一個(gè)范圍之內(nèi)，通過這種方式來緩解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障給生產(chǎn)環(huán)節(jié)造成影響。（3）系統(tǒng)重試：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在正常運(yùn)行的過程當(dāng)中，突發(fā)性故障對(duì)于系統(tǒng)的影響是相當(dāng)大的。但是在一般情況下許多計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都設(shè)置了二次重啟，即如果計(jì)算機(jī)受到非物理方式的破壞引起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障有一定的效果。（4）系統(tǒng)重組與修復(fù)：如果計(jì)算機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)檢測(cè)并被確認(rèn)為永久性損壞或者故障，那么系統(tǒng)容錯(cuò)的結(jié)果就是將失效的計(jì)算機(jī)元件或者系統(tǒng)原件進(jìn)行更替。如果要修復(fù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就必須要對(duì)故障元件進(jìn)行替換以確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常動(dòng)行，采用該種方式的優(yōu)勢(shì)在于無論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是否在線都能夠進(jìn)行。

三、嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)策略分析

（一）冗余技術(shù)與容錯(cuò)技術(shù)相結(jié)合

嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)策略就是將冗余技術(shù)與容錯(cuò)技術(shù)通過科學(xué)、合理的方式結(jié)合而成的設(shè)計(jì)。相比較于其他類型的設(shè)計(jì)模式，運(yùn)用這種設(shè)計(jì)能夠有效地提高嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的容錯(cuò)率，如果在某些計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)故障經(jīng)常發(fā)生的位置引入冗余設(shè)計(jì)能夠有效地提升系統(tǒng)容性，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定、正常地運(yùn)行。但是嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由硬件與軟件系統(tǒng)構(gòu)成，所以也必須要把容錯(cuò)策略分為系統(tǒng)硬件與系統(tǒng)軟件兩個(gè)部分。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也開始向著人工智能方向發(fā)展。智能化硬件系統(tǒng)容錯(cuò)策略也是在冗余技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)并得以提升。例如說電路級(jí)冗余、靜態(tài)冗余、動(dòng)態(tài)冗余等多元混合式設(shè)計(jì)的運(yùn)用也加快了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)容錯(cuò)策略工作模式的發(fā)展腳步，這對(duì)于提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性具有良好的促進(jìn)作用。

（二）容錯(cuò)策略的表現(xiàn)形式

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)主流的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的容錯(cuò)策略是以“指令冗余”以及“軟件陷井”為主，而這兩種容錯(cuò)策略主要表現(xiàn)為：首先，指令冗余就是以大量的“操作數(shù)”和“操作碼”在計(jì)算機(jī)的核心處理器（CPU）內(nèi)完成所有輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)的指令，這也是強(qiáng)化嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)性能的重要方式。但是對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)而言，操作數(shù)與操作碼都必須要在程序計(jì)數(shù)器（也就是PC）內(nèi)完成。如果PC設(shè)備出現(xiàn)問題或者故障那么其他指令則無法順利運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)程序“跑飛”。而在嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中加入指令冗余設(shè)計(jì)不但能夠有效地解決這個(gè)問題，并把程序跑飛的幾率控制到最少，還能夠用單字節(jié)指令將已跑飛的程序帶回原軌道中。除此之外，雙字或者多字節(jié)指令中加入NOP單字節(jié)指令也能夠強(qiáng)化不同指令的關(guān)聯(lián)性，對(duì)于提升指令質(zhì)量具有重要意義。除此之外，NOP指令還能夠結(jié)合自身的性質(zhì)與特點(diǎn)提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性，而且還能夠運(yùn)用冗余技術(shù)將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的“系統(tǒng)重復(fù)”功能發(fā)揮到極致，通俗地講就是在容錯(cuò)重復(fù)系統(tǒng)中加入重復(fù)指令來用于數(shù)據(jù)審核，并能審核過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行修復(fù)，全面提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。其次，軟件陷阱：將經(jīng)驗(yàn)分析和相關(guān)資料進(jìn)行整合后構(gòu)建一個(gè)軟件陷阱，不但可以提高系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性，還能夠有效地控制程序錯(cuò)誤所造成的影響。當(dāng)前常用的軟件陷阱主要有“運(yùn)行程序區(qū)”、“中斷服務(wù)區(qū)”、“未使用的ROM 空間”等等。

結(jié)語

綜上所述，嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)策略對(duì)于全面提升計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能意義重大，因此必須要重視容錯(cuò)策略的表現(xiàn)形式，并將冗余技術(shù)與容錯(cuò)技術(shù)相結(jié)合，只有這樣才能夠有效地提升嵌入式計(jì)算機(jī)控制的可靠性，才能夠?yàn)槲覈?guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：

唐利紅（1988.03-），女，碩士，講師，研究方向：容錯(cuò)，嵌入式開發(fā)。