探究嵌入式計算機控制系統(tǒng)容錯策略

吳婧

【摘要】 隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們逐漸進入信息時代。當前是一個互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的時代，計算機也就成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾ぞ摺Ｓ嬎銠C控制技術是實現(xiàn)宇航、航空以及各種工程設計的科學控制的重要手段。由于其設計的領域具有相當重要的作用，因此計算機的可靠性成為一項重要的因素。做好計算機故障策略，即計算機控制系統(tǒng)的容錯設計成為一項需要解決的重要問題。本文對嵌入式計算機的容錯設計進行了簡單的介紹，提出了相應的解決控制系統(tǒng)容錯的策略。

【關鍵詞】 嵌入式計算機 控制系統(tǒng) 容錯 策略

容錯設計是提高計算機可靠性的重要方式，加強對嵌入式計算機控制系統(tǒng)的了解，對容易出錯的地方進行深刻的分析，以良好的解決方案提高計算機控制系統(tǒng)的可靠性，實現(xiàn)更好的控制。

一、嵌入式計算機容錯概念

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

二、嵌入式計算機控制系統(tǒng)容錯的工作模式

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，使計算機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行線路的檢測，在操作前進行一致性的檢驗，同時進行多次詢問確認，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，其中進行離線檢測時的系統(tǒng)必須停止工作，像衛(wèi)星控制、銀行等不能停機的控制系統(tǒng)只能進行在線檢測。

3、重試。由于計算機控制系統(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)生短時間的故障，從而使整個運行系統(tǒng)發(fā)生錯誤。這時就需要對操作進行重試，以獲得正確的結果。對于沒有產(chǎn)生物理破壞的暫時性故障，重試可以起到很好的作用。

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

三、嵌入式計算機控制系統(tǒng)容錯設計

1、指令冗余。操作碼和操作數(shù)是計算機指令的重要組成部分。其中CPU所完成的操作由操作碼進行指明。而操作碼的操作對象為操作數(shù)。程序計數(shù)器PC負責對操作碼、操作數(shù)等指令進行控制。因此在PC遭遇干擾時會影響其他指令的正常進行，使程序脫離其運行的軌道，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用單字節(jié)指令，并將NOP指令插入到關鍵位置，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噶畹挠绊懀龠M程序的正常運行。其次進行重要指令重執(zhí)，將一些重要的指令進行重復寫上，進一步確保指令的正確運行。最后對重要數(shù)據(jù)進行程序的復核，對于重要的數(shù)據(jù)需要將其在程序中進行復核，通過復核及時處理程序中錯誤，修改相關數(shù)據(jù)，以保證其在指定的范圍內(nèi)進行。

2、軟件陷阱。利用軟件陷阱中的引導指令對跑飛程序進行及時有效的撲捉，并將其引向復位入口。在這一過程中對程序中產(chǎn)生的錯誤進行處理。未使用的ROM空間、運行程序區(qū)以及中斷服務區(qū)都是軟件陷阱的常用手段。結合軟件規(guī)模的不同，在系統(tǒng)設計中需要讓ROM空間留有一定的空余，將引導指令 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回來，找回其既定的程序入口地址，保證程序正常運行。運行程序區(qū)主要對跑飛程序進行抑制，以提高程序運行的可靠性。利用模塊化的設計，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。中斷服務程序區(qū)就是在主程序的運行區(qū)間設定計時器，實行定時中斷。當跑飛程序到達所設定的中斷運行區(qū)內(nèi)時進行定時中斷。例如將ADD1——ADD2區(qū)間設為主程序的運行區(qū)間，中斷斷點地址為ADD。當ADDADD2時就說明程序發(fā)生了跑飛。而利用定時中斷服務就能立即終止跑飛的程序，并將其帶回復位入口，保證程序的正常運行。

結束語：嵌入式計算機控制系統(tǒng)容錯策略對提高計算機控制系統(tǒng)的可靠性具有重要作用，能夠更好的保證遠程控制系統(tǒng)的正常運行。本文主要介紹了計算機控制系統(tǒng)容錯的基本概念，同時提出了計算機控制系統(tǒng)容錯策略。希望有更多的學者能夠在嵌入式計算機控制系統(tǒng)容錯上作出更多的研究，促進計算機控制系統(tǒng)的不斷完善。

參 考 文 獻

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

[2]陳熙.計算機控制系統(tǒng)的容錯技術[J].消費電子，2014，（8）：172-172.