【摘 要】通過對計算機系統(tǒng)的硬件冗余容錯設計的特點分析及研究，得出冗余容錯設計應用；并總結(jié)其影響規(guī)律。

【關(guān)鍵詞】冗余容錯設計 故障率 靜態(tài)冗余系統(tǒng)

0前言

硬件是計算機的基礎，硬件容錯技術(shù)主要是利用多份硬件來實現(xiàn)的，即是利用冗余來實現(xiàn)容錯。并且硬件冗余的級別越低，故障率降低的效果越好，但增加了故障檢測和電路設計的困難。在實際應用中，最常見的有靜態(tài)冗余、動態(tài)冗余和混合冗余等模式。

1計算機控制系統(tǒng)的硬件冗余容錯設計

1.1電路級冗余設計

1. 2靜態(tài)冗余系統(tǒng)

靜態(tài)冗余是指冗余結(jié)構(gòu)相對固定，不隨發(fā)生故障的情況變化而變化的一種冗余形式。靜態(tài)硬件冗余的工作形式是將發(fā)生的故障加以隱蔽，來達到防止故障造成差錯的目的。靜態(tài)冗余的原理就是通過表決的形式來決定掩蔽發(fā)生的故障。靜態(tài)冗余模塊是系統(tǒng)運行時必要的組成部分，模塊在工作時全部參與運行，即多個模塊執(zhí)行相同的功能，表決器通過多數(shù)一致原則輸出分析結(jié)果以達到隱蔽故障的目的。靜態(tài)硬件冗余的形式通常是三模冗余。即三個相同的模塊接收共同相同的輸入并將產(chǎn)生各自的結(jié)果，送至表決器。表決器的輸出則取決于模塊輸入結(jié)果。即如果有一個模塊故障，另兩個模塊正常，則正常模塊的輸出可將故障模塊的輸出屏蔽，以達到防止故障造成差錯的目的。

1.3動態(tài)冗余系統(tǒng)

動態(tài)硬件冗余系統(tǒng)是由若干相同模塊共同組成的，以故障檢測及系統(tǒng)恢復等方式來達到容錯的一種硬件冗余系統(tǒng)。動態(tài)硬件冗余系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)是隨故障情況的變化而發(fā)生變化，并且動態(tài)硬件冗余系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)進行模塊重組并恢復正常運行；因此動態(tài)硬件冗余系統(tǒng)是允許故障產(chǎn)生差錯，但避免差錯產(chǎn)生失效。

動態(tài)硬件冗余有備份替換和雙機比較兩種主要工作方式。

1.4混合冗余系統(tǒng)

混合冗余系統(tǒng)的實質(zhì)就是將靜態(tài)冗余系統(tǒng)和動態(tài)冗余系統(tǒng)結(jié)合起來。通常，混合冗余系統(tǒng)由靜態(tài)冗余的TMR核心模塊、備份模塊、表決機構(gòu)等組成，并由切換機構(gòu)確保靜態(tài)冗余的TMR核心的完整性，即當TMR核心模塊中有一個發(fā)生故障，立即以無故障的備份模塊取代。

2.計算機控制系統(tǒng)的硬件冗余容錯設計分析

在電路級冗余設計中，從上面的結(jié)果可以看出，當開路故障率比短路故障率小時，以先串后并結(jié)構(gòu)為好，反之以先并后串結(jié)構(gòu)為好。

靜態(tài)靜態(tài)冗余系統(tǒng)中，以三模冗余系統(tǒng)與單模系統(tǒng)可靠度的關(guān)系為例。三模表決系統(tǒng)的平均無故障時間是單模系統(tǒng)的5/6，那么，我們把兩者的可靠性曲線一起繪于圖1。由圖可見，當Rt>0.5時，三模系統(tǒng)的可靠度高于單模系統(tǒng)，當R（t）<0.5時，三模表決系統(tǒng)的可靠度反而降低了。因而可得：只有當單模系統(tǒng)的可靠性比較高時，所構(gòu)成的多模表決系統(tǒng)才能有比單模系統(tǒng)更高的可靠度。

動態(tài)冗余系統(tǒng)由于系統(tǒng)恢復使用某種重組技術(shù)，，系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)將隨故障情況發(fā)生的變化而變化，因此這種技術(shù)不防止故障產(chǎn)生差錯，但防止差錯產(chǎn)生失效。

在混合冗余系統(tǒng)中，當不一致檢測器檢測TMR模塊中有一個模塊的輸出結(jié)果與表決機構(gòu)的輸出結(jié)果不一致時，則系統(tǒng)將該模塊切換，并用備份模塊予以替換。只要有多數(shù)模塊輸出正確，則表決機構(gòu)的輸出就是正確的。備用模塊是TMR模塊輸出結(jié)果不一致時替換TMR模塊，直至備用模塊全部用完，所以備份模塊的數(shù)量的越多，混合冗余系統(tǒng)的可靠性也就越高。由上可知，混合冗余系統(tǒng)利用其自身結(jié)構(gòu)有效地使計算機系統(tǒng)運行的可靠性提高，并延長了其無故障運行時間。

3總結(jié)

根據(jù)上述分析可知，在電路級冗余容錯設計中，應根據(jù)其短路故障概率及開路故障概率來判斷其容錯設計型式。靜態(tài)冗余系統(tǒng)中，只有當單模系統(tǒng)的可靠性比較高時，所構(gòu)成的多模表決系統(tǒng)才能有比單模系統(tǒng)更高的可靠度。動態(tài)冗余系統(tǒng)則需注意其適用范圍?；旌先哂嘞到y(tǒng)則有較高的無故障運行時間。

參考文獻：

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