龔 健，楊孟飛

（1.北京控制工程研究所，北京100190；2.空間智能控制技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100190；3.中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京100094）

一種星載控制計(jì)算機(jī)智能容錯(cuò)方法

龔 健1，2，楊孟飛2，3

（1.北京控制工程研究所，北京100190；2.空間智能控制技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100190；3.中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京100094）

深空探測(cè)任務(wù)對(duì)星載控制計(jì)算機(jī)的智能性、環(huán)境適應(yīng)性和自主性提出新的需求。介紹目前星載控制計(jì)算機(jī)容錯(cuò)方法的進(jìn)展情況，提出可進(jìn)化硬件容錯(cuò)這種可用于星載控制計(jì)算機(jī)容錯(cuò)設(shè)計(jì)的智能容錯(cuò)方法，給出該方法的3種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，即并行結(jié)構(gòu)、串行結(jié)構(gòu)和具有故障檢測(cè)功能的串行結(jié)構(gòu)，并對(duì)各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和比較。最后，用仿真驗(yàn)證平臺(tái)驗(yàn)證了串行結(jié)構(gòu)的可行性和容錯(cuò)性。

容錯(cuò)；智能；可進(jìn)化硬件；星載控制計(jì)算機(jī)

1 引 言

星載控制計(jì)算機(jī)是星上控制系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能有：完成星船控制規(guī)律的計(jì)算，發(fā)出控制指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，并根據(jù)軌道運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)控制模式轉(zhuǎn)換；從地面遙控指令中獲得星船的軌道要求、工作狀態(tài)、系統(tǒng)參數(shù)修正等；采集星船姿態(tài)與軌道狀態(tài)信息，存儲(chǔ)并通過(guò)遙測(cè)通道下發(fā)到地面；進(jìn)行控制系統(tǒng)級(jí)的自檢和診斷，并對(duì)各部件主/備份進(jìn)行切換，或是進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)。可見(jiàn)星載控制計(jì)算機(jī)是控制系統(tǒng)的核心部件。在中國(guó)逐步實(shí)施的月球探測(cè)以及正在籌劃的火星探測(cè)等深空探測(cè)任務(wù)中，星載控制計(jì)算機(jī)需要長(zhǎng)期工作在惡劣的空間環(huán)境中，其可靠性決定著整星的可靠性，是任務(wù)成敗的重要決定因素之一。提高其可靠性有避錯(cuò)和容錯(cuò)兩種方法。避錯(cuò)是在設(shè)計(jì)和制造階段避免錯(cuò)誤的發(fā)生，這對(duì)設(shè)計(jì)和制造提出了很高的要求，且成本高，實(shí)現(xiàn)難度大；而容錯(cuò)則采用冗余的方式構(gòu)造高可靠性的系統(tǒng)?；诳煽啃院统杀究紤]，星載控制計(jì)算機(jī)一般多采用容錯(cuò)方法。

目前星載控制計(jì)算機(jī)的容錯(cuò)方法一般采用硬件冗余，例如雙機(jī)比較、備用替換和三模冗余（TMR）表決機(jī)制等[1-3]，其采用的容錯(cuò)方法都是通過(guò)靜態(tài)的冗余實(shí)現(xiàn)的，而且冗余都是顯式的。隨著智能技術(shù)的發(fā)展，深空探測(cè)任務(wù)對(duì)航天器的智能性、適應(yīng)環(huán)境能力和自主性提出了新的要求，出現(xiàn)了一種新的智能容錯(cuò)技術(shù)——可進(jìn)化硬件（EHW，evolvable hardware）容錯(cuò)。EHW容錯(cuò)是一種智能的、動(dòng)態(tài)的容錯(cuò)方法，其實(shí)現(xiàn)的基本思想是利用進(jìn)化算法搜索滿足電路預(yù)期功能的可編程器件的配置，通過(guò)這種容錯(cuò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的、在線的硬件改變以屏蔽故障，此外還具有自主性、適應(yīng)環(huán)境等智能特性，是一種可用于長(zhǎng)期無(wú)人值守和復(fù)雜空間環(huán)境的星載控制計(jì)算機(jī)容錯(cuò)方法。

國(guó)際上EHW容錯(cuò)的研究開(kāi)始于1992年。目前世界各國(guó)的研究機(jī)構(gòu)都有人從事這方面的研究，其中日本和英國(guó)的研究開(kāi)始較早，也較為深入，美國(guó)NASA的JPL不僅把EHW容錯(cuò)列入了重點(diǎn)研究項(xiàng)目，而且應(yīng)用于航天領(lǐng)域。雖然目前EHW容錯(cuò)研究尚處于起步階段，但已經(jīng)成為國(guó)際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)[4-7]。NASA每年都召開(kāi)專門的學(xué)術(shù)會(huì)議（即NASA/DoD conference on evolvable hardware）對(duì)此技術(shù)進(jìn)行交流。國(guó)內(nèi)也有研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行這方面的研究，例如中國(guó)空間技術(shù)研究院、中國(guó)航天時(shí)代電子公司、西安電子科技大學(xué)和南京航空航天大學(xué)等[8-10]。

2 星載控制計(jì)算機(jī)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)方法

星載控制計(jì)算機(jī)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)多基于多機(jī)冗余方式，其思路是首先確定故障檢測(cè)和恢復(fù)策略，然后進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，最后考慮是否進(jìn)行異構(gòu)設(shè)計(jì)[2]。

（1）確定故障檢測(cè)和恢復(fù)策略

故障檢測(cè)是進(jìn)行容錯(cuò)和故障恢復(fù)的基礎(chǔ)，只有發(fā)現(xiàn)和定位故障，才能對(duì)故障進(jìn)行隔離，有效實(shí)施針對(duì)性的容錯(cuò)策略，實(shí)現(xiàn)從故障中恢復(fù)。故障的檢測(cè)和恢復(fù)可在不同層次上實(shí)施。一般來(lái)說(shuō)，層次越低要求故障定位越準(zhǔn)確，難度越大，整個(gè)系統(tǒng)容錯(cuò)設(shè)計(jì)也越復(fù)雜；相反，層次越高，難度相對(duì)越小，系統(tǒng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)越容易。例如采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)的精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC）其處理器內(nèi)部采用并行差錯(cuò)檢測(cè)電路，設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜；而備用替換容錯(cuò)所采用的故障檢測(cè)和恢復(fù)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。在星載控制計(jì)算機(jī)實(shí)際應(yīng)用中，一般采用多層次的故障檢測(cè)恢復(fù)機(jī)制，部件級(jí)采用成熟的帶有容錯(cuò)功能的產(chǎn)品，系統(tǒng)級(jí)的采用故障檢測(cè)和恢復(fù)方法自行設(shè)計(jì)，這樣可以有效提高系統(tǒng)可靠性，同時(shí)降低設(shè)計(jì)難度，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

（2）進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)

冗余設(shè)計(jì)就是確定冗余的對(duì)象和方式。與故障檢測(cè)相似，冗余的對(duì)象也有不同層次。冗余部件的層次越低，整個(gè)系統(tǒng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)也越復(fù)雜；相反，冗余部件的層次越高，系統(tǒng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。冗余的方式是指硬件冗余、軟件冗余、信息冗余和時(shí)間冗余。對(duì)于最常采用的硬件冗余，冗余的方式還包括冗余的模數(shù)和對(duì)冗余管理的策略（例如表決、備份等）。在硬件冗余的容錯(cuò)設(shè)計(jì)中，TMR表決是常見(jiàn)的容錯(cuò)方式。

（3）進(jìn)行異構(gòu)設(shè)計(jì)

異構(gòu)設(shè)計(jì)就是在冗余部件中，采用不同的設(shè)計(jì)。異構(gòu)設(shè)計(jì)一般在軟件容錯(cuò)的N文本中采用，其成本最高大約可達(dá)非異構(gòu)設(shè)計(jì)的N倍。硬件容錯(cuò)更多是針對(duì)電路本身或是外界環(huán)境引起的失效，而異構(gòu)針對(duì)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)成本較高，因此很少采用。

在故障檢測(cè)和恢復(fù)技術(shù)中，傳統(tǒng)的成熟技術(shù)有看門狗技術(shù)、故障檢測(cè)和糾正（EDAC）技術(shù)等。此外從1961開(kāi)始，NASA的JPL就為深空探測(cè)開(kāi)發(fā)了STAR（self-testing and repairing）技術(shù)，該技術(shù)為適應(yīng)長(zhǎng)期無(wú)人維修的使用環(huán)境，具備自測(cè)試、硬件故障自動(dòng)恢復(fù)和系統(tǒng)重構(gòu)功能[3]。

在多機(jī)冗余的容錯(cuò)設(shè)計(jì)中，成功的典范莫過(guò)于NASA航天飛機(jī)中所采用的容錯(cuò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)采用5臺(tái)IBM-AP-101計(jì)算機(jī)作為通用計(jì)算機(jī)（GPC，general purpose computer），構(gòu)成四模冗余，第五臺(tái)機(jī)器用于備份。

3 采用EHW容錯(cuò)技術(shù)的3種結(jié)構(gòu)

對(duì)于深空探測(cè)衛(wèi)星的星載控制計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，整個(gè)壽命周期的可靠性更為重要，要求航天器在發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)恢復(fù)。目前成功應(yīng)用的TMR冗余技術(shù)實(shí)時(shí)可靠性很高，但對(duì)于整個(gè)壽命周期來(lái)說(shuō)，其可靠性不如雙機(jī)冷備份。而EHW容錯(cuò)技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種采用智能算法的硬件重配置技術(shù)，可以在故障發(fā)生時(shí)自主進(jìn)化修復(fù)故障，并能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定程度的適應(yīng)。應(yīng)用于航天器上的EHW容錯(cuò)技術(shù)具有以下特點(diǎn)[8]：

1）能夠生成新的功能；

2）能夠在硬件出現(xiàn)故障、老化、發(fā)生溫度漂移以及受到輻射時(shí)維持已有的功能，并且能夠在有些部件發(fā)生故障的情況下繼續(xù)進(jìn)化生成可工作系統(tǒng)；

3）比靜態(tài)冗余方式節(jié)省能源，這對(duì)于航天器，尤其是需長(zhǎng)時(shí)間自主運(yùn)行的航天器有著重要的意義；

4）在深空探測(cè)中，可以實(shí)現(xiàn)硬件自主適應(yīng)環(huán)境、硬件故障時(shí)自動(dòng)恢復(fù)，而不需要地面站發(fā)送配置指令和數(shù)據(jù)，從而可避免通信中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)。

EHW容錯(cuò)有進(jìn)化算法和可編程器件兩個(gè)要素，其中可編程器件是進(jìn)化的對(duì)象，也是容錯(cuò)的對(duì)象，EHW容錯(cuò)的動(dòng)態(tài)性通過(guò)可編程器件在線可重配置功能實(shí)現(xiàn)。對(duì)于用可編程器件實(shí)現(xiàn)的星載控制計(jì)算機(jī)，可以采用EHW容錯(cuò)技術(shù)設(shè)計(jì)其容錯(cuò)系統(tǒng)，構(gòu)造實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的、可重配置的智能容錯(cuò)系統(tǒng)。下面討論采用EHW容錯(cuò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的星載控制計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)。

3.1 并行結(jié)構(gòu)

在EHW容錯(cuò)技術(shù)中，進(jìn)化算法是一種基于群體的算法，因此EHW容錯(cuò)技術(shù)的原理結(jié)構(gòu)應(yīng)是基于群體的并行結(jié)構(gòu)，如圖1所示。圖1中每個(gè)可編程器件用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)星載控制計(jì)算機(jī)，N個(gè)可編程器件只是在進(jìn)化時(shí)才被使用，進(jìn)化完成后的結(jié)果只配置到一個(gè)器件上，也就是說(shuō)最后只有一臺(tái)計(jì)算機(jī)工作。其進(jìn)化的具體算法如下：

1）運(yùn)算單元產(chǎn)生初始種群，種群大小為N；

2）運(yùn)算單元把種群中的每個(gè)個(gè)體染色體編碼映射到可編程器件的配置數(shù)據(jù)（即基因型到表現(xiàn)型的映射），把N個(gè)配置數(shù)據(jù)分別下載到N個(gè)可編程器件中；

3）運(yùn)算單元產(chǎn)生的M路激勵(lì)信號(hào)作為N個(gè)可編程器件的輸入信號(hào)，通過(guò)評(píng)價(jià)電路讀取評(píng)價(jià)值，如果評(píng)價(jià)值滿足目標(biāo)電路，則進(jìn)化完成，否則轉(zhuǎn)步驟4）；

4）運(yùn)算單元根據(jù)評(píng)價(jià)值進(jìn)行進(jìn)化計(jì)算，產(chǎn)生下一代種群，轉(zhuǎn)步驟2）。

這種結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了EHW容錯(cuò)的群體概念，是一種高效并行的實(shí)現(xiàn)方法。但這種結(jié)構(gòu)只是EHW容錯(cuò)技術(shù)的原理結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中由于其冗余度大、硬件利用率低，從而造成成本過(guò)高、硬件過(guò)于復(fù)雜，因而并不實(shí)用。此外這種并行結(jié)構(gòu)冗余度比傳統(tǒng)多模冗余更大，和傳統(tǒng)的多模冗余容錯(cuò)相比沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，這也導(dǎo)致此結(jié)構(gòu)不實(shí)用。

圖1 EHW容錯(cuò)并行進(jìn)化的結(jié)構(gòu)框圖

3.2 串行結(jié)構(gòu)

為了彌補(bǔ)EHW容錯(cuò)并行結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，可以采用串行評(píng)價(jià)的方式。串行評(píng)價(jià)方式中，只有一個(gè)可編程器件用于實(shí)現(xiàn)星載控制計(jì)算機(jī)，進(jìn)化算法中的群體在可編程器件上串行評(píng)價(jià)，這種結(jié)構(gòu)如圖2所示。其進(jìn)化的具體算法如下：

1）運(yùn)算單元產(chǎn)生初始種群，種群大小為N；

2）運(yùn)算單元把種群中的每個(gè)個(gè)體染色體編碼映射到可編程器件的配置數(shù)據(jù)（即基因型到表現(xiàn)型的映射）；

3）運(yùn)算單元把N個(gè)配置數(shù)據(jù)分N次下載到可編程器件中，每次下載后，把運(yùn)算單元產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)作為可編程器件的輸入信號(hào)，通過(guò)評(píng)價(jià)電路讀取評(píng)價(jià)值，如果評(píng)價(jià)值滿足目標(biāo)電路，則進(jìn)化完成，否則轉(zhuǎn)步驟4）；

4）運(yùn)算單元根據(jù)評(píng)價(jià)值進(jìn)行進(jìn)化計(jì)算，產(chǎn)生下一代種群，轉(zhuǎn)步驟2）。

圖2 EHW容錯(cuò)串行進(jìn)化的結(jié)構(gòu)框圖

串行結(jié)構(gòu)實(shí)際上是把進(jìn)化群體中的每個(gè)個(gè)體串行地進(jìn)行評(píng)價(jià)，用時(shí)間代價(jià)換取了硬件的簡(jiǎn)化，雖然評(píng)價(jià)時(shí)間增加，但有效地降低了硬件的復(fù)雜度，使其趨于實(shí)用，并充分體現(xiàn)了EHW容錯(cuò)的優(yōu)勢(shì)。

3.3 具有故障檢測(cè)功能的自主進(jìn)化結(jié)構(gòu)

并行結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為是一種原理性結(jié)構(gòu)，如果將其應(yīng)用到實(shí)際中則存在很多問(wèn)題。串行結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，是一種實(shí)用的結(jié)構(gòu)，但是應(yīng)用于自主進(jìn)化容錯(cuò)的系統(tǒng)，還需要加入故障檢測(cè)的功能。

在串行結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加入故障檢測(cè)模塊，構(gòu)成具有故障檢測(cè)功能的EHW容錯(cuò)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。在圖3中，故障檢測(cè)器對(duì)可編程器件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦檢測(cè)到故障則通過(guò)控制信號(hào)反饋給運(yùn)算單元啟動(dòng)進(jìn)化，進(jìn)化啟動(dòng)后其進(jìn)化算法按照串行結(jié)構(gòu)進(jìn)行（見(jiàn)3.2中算法）。

圖3 具有故障檢測(cè)功能的EHW容錯(cuò)串行進(jìn)化的結(jié)構(gòu)框圖

3.4 EHW容錯(cuò)和其他容錯(cuò)方式的對(duì)比

從EHW容錯(cuò)串行結(jié)構(gòu)中可以看出，該容錯(cuò)方法是一種實(shí)時(shí)的、在線的重配置機(jī)制，由于采用了進(jìn)化算法，使得這種重配置機(jī)制具有自主性和環(huán)境適應(yīng)性。EHW容錯(cuò)中的冗余是可編程器件內(nèi)部資源的冗余，內(nèi)部資源可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，與多模冗余預(yù)先設(shè)計(jì)出冗余電路不同，EHW容錯(cuò)以器件內(nèi)部少量冗余的代價(jià)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)的容錯(cuò)。

當(dāng)然，EHW容錯(cuò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)也有代價(jià)，就如同雙機(jī)備份需要有控制和切換電路、TMR需要有表決器一樣，EHW容錯(cuò)技術(shù)需要運(yùn)行進(jìn)化算法的處理器以及用于進(jìn)化結(jié)果評(píng)價(jià)的電路。不過(guò)美國(guó)等機(jī)構(gòu)已展開(kāi)研究把用于進(jìn)化計(jì)算和評(píng)價(jià)的電路都實(shí)現(xiàn)在進(jìn)行進(jìn)化的可編程器件上，也就是利用一個(gè)可編程器件實(shí)現(xiàn)整個(gè)容錯(cuò)系統(tǒng)[11]。

表1對(duì)常見(jiàn)容錯(cuò)方法進(jìn)行了比較，表中EHW容錯(cuò)為串行結(jié)構(gòu)的特征。

表1 各種容錯(cuò)方法性能比較

4 EHW容錯(cuò)的驗(yàn)證

目前采用EHW容錯(cuò)技術(shù)還不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電路的進(jìn)化，因此實(shí)現(xiàn)整個(gè)星載控制計(jì)算機(jī)EHW容錯(cuò)還有待研究。本文從原理角度給出采用EHW容錯(cuò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)星載控制計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的可行性，以簡(jiǎn)單的電路為進(jìn)化目標(biāo)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。采用串行結(jié)構(gòu)搭建的物理仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，運(yùn)算單元采用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)?？删幊唐骷肦AM和多路器模擬，如圖4所示。評(píng)價(jià)電路采用組合邏輯實(shí)現(xiàn)。

圖4 RAM和多路器模擬的可編程器件

圖4中輸入信號(hào)為X0、X1、X2和X3；輸出信號(hào)為Y；染色體編碼的長(zhǎng)度為33位，依次為查找表A、查找表B中的數(shù)據(jù)以及多路器的選擇信號(hào)sel的值。染色體編碼如圖5中“個(gè)體染色體編碼”所示。按照以上方法進(jìn)行如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。

圖5 仿真驗(yàn)證平臺(tái)的成功進(jìn)化結(jié)果

（1）進(jìn)化實(shí)驗(yàn)

設(shè)進(jìn)化的目標(biāo)是4輸入的異或門邏輯，即電路輸出的邏輯函數(shù)為Y=X3?X2?X1?X0。在進(jìn)化實(shí)驗(yàn)中，一般進(jìn)化幾十代就能成功得出正確結(jié)果，一次成功的進(jìn)化結(jié)果如圖5所示，該進(jìn)化經(jīng)歷22代后成功，整個(gè)過(guò)程歷時(shí)59s。

（2）容錯(cuò)實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證EHW所固有的容錯(cuò)特性，采用注入故障的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。給模擬可編程器件的RAM中的一位注入S-A-0故障，然后進(jìn)行進(jìn)化，結(jié)果電路成功屏蔽故障，恢復(fù)了原有的功能，進(jìn)化結(jié)果如圖6所示。由實(shí)驗(yàn)可以得出EHW容錯(cuò)的串行結(jié)構(gòu)是可行的，并具有容錯(cuò)的能力。

圖6 注入故障情況下仿真驗(yàn)證平臺(tái)的成功進(jìn)化結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在介紹星載控制計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)容錯(cuò)方法的基礎(chǔ)上，提出了EHW容錯(cuò)的智能容錯(cuò)方法。通過(guò)分析和比較EHW容錯(cuò)并行結(jié)構(gòu)、串行結(jié)構(gòu)和具有故障檢測(cè)功能的串行結(jié)構(gòu)，得出串行結(jié)構(gòu)和具有故障檢測(cè)功能的串行結(jié)構(gòu)比較適用于實(shí)際星載控制計(jì)算機(jī)容錯(cuò)設(shè)計(jì)的結(jié)論。此外，用仿真驗(yàn)證平臺(tái)驗(yàn)證了串行結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)功能。

當(dāng)前國(guó)際上EHW容錯(cuò)的研究剛剛起步，尚不能用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)星載控制計(jì)算機(jī)這一復(fù)雜的硬件系統(tǒng)。雖然本文從原理角度對(duì)提出的串行結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證，但是如果最終實(shí)用還需解決很多問(wèn)題，其中最主要的問(wèn)題是進(jìn)化電路的規(guī)?；涂s短進(jìn)化時(shí)間。不過(guò)EHW容錯(cuò)已經(jīng)為世界各國(guó)所關(guān)注，尤其是NASA已結(jié)合其空間應(yīng)用展開(kāi)了很多探索，進(jìn)行了大量試驗(yàn)。此外EHW容錯(cuò)具有智能和適應(yīng)環(huán)境的特性，這也順應(yīng)了當(dāng)今科技領(lǐng)域人工智能的研究熱潮?？梢灶A(yù)見(jiàn)，這種容錯(cuò)方法必定會(huì)為星載控制計(jì)算機(jī)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)提供新的思路。

[1] 楊孟飛，郭樹(shù)玲，孫增圻.航天器控制應(yīng)用的星載計(jì)算機(jī)技術(shù)[J].航天控制，2005，23（2）：69-73

[2] 馮彥君，華更新，楊樺，等.國(guó)外星載容錯(cuò)計(jì)算機(jī)技術(shù)及最新進(jìn)展[C].全國(guó)第十二屆空間及運(yùn)動(dòng)體控制技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議，廣西桂林，2006

[3] Avizienis A，Gilley G C，Mathur F P，et al.The star（self-testing and repairing）computer：an investigation of the theory and practice of fault-tolerant computer design[J].IEEE Transactions on Computers，1971，20（11）：1312-1321

[4] Keymeulen D，Zebulum R S，Jin Y，et al.Faulttolerant evolvable hardware using field-programmable transistor arrays[J].IEEE Transactions on Reliability，2000，49（3）：305-316

[5] Tyrrell A M，Krohling R A，Zhou Y.Evolutionary algorithm for the promotion of evolvable hardware[J].IEE Proceedings-Computers and Digital Techniques，2004，151（4）：267-275

[6] Higuchi T，Iwata M，Takahashi E，et al.Development of evolvable hardware at electrotechnical laboratory[C].The 26thAnnual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society，Nagoya，Japan，Oct 22-28，2000

[7] Gordon T G W，Bentley P J.Development brings scalability to hardware evolution[C].IEEE Proceedings of the NASA/DoD Conference on Evolvable Hardware，Washington，USA，2005

[8] 龔健，楊孟飛.基于可進(jìn)化硬件的容錯(cuò)技術(shù)及其原理[J].航天控制，2006，24（6）：72-76

[9] Zhao S，Zhao J，Jiao L.Adaptive genetic algorithm based approach for evolutionary design and multi objective optimization of logic circuits[C].IEEE Proceedings of the NASA/DoD Conference of Evolution Hardware，Washington，USA，2005

[10] 王友仁，崔堅(jiān)，游霞，等.仿生硬件及其進(jìn)展[J].中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)，2004，24（6）：32-42

[11] Lukas S.Towards evolvable IP cores for FPGAs[C].IEEE Proceedings of the NASA/DoD Conference on Evolvable Hardware，Chicago，USA，July 9-11，2003

An Intelligent Fault Tolerance Method for Satellite On-Board Computer

GONG Jian1，2，YANG Fengfei2，3
（1.Beijing Institute of Control Engineering，Beijing 100190，China；2.National Laboratory of Space Intelligent Control，Beijing 100190，China；3.China Academy of Space Technology，Beijing 100094，China）

In the deep space exploration mission，on-board computer（OBC）for satellite control system has more new requirements，such as intelligence，adaptability and self-determination capability.The state of arts of OBC's fault-tolerance methods is introduced.An intelligent fault-to lerancemethod called evolv able hardware（EHW）fault-tolerance used in the fault-tolerance design of OBC is presented.Three architectures to implement EHW fault-tolerance，which are parallel architecture，serial architecture and serial architecture with fault detection，are brought forward.Moreover，analysis and comparison are made among those architectures.Finally，a simulation validation platform is implemented so that the feasibility and fault-tolerance capability of serial architecture has been validated.

fault-tolerance；intelligence；evolvable hardware；on-board computer

TV211

A

1674-1579（2008）06-0029-05

2008-06-30

龔?。?975-），男，河北人，博士研究生，研究方向?yàn)榭臻g智能容錯(cuò)控制（e-mail：gjxjtu1997@yahoo.com）。