嵌入式計算機控制系統容錯策略

【摘要】在信息時代的大背景下，電子計算機與互聯網技術也得到了飛速發展，并且也成為了人們正常的生產、生活以及休閑娛樂的重要組成部分。隨著計算機控制技術的普及，計算機控制系統在許多領域（航空航天、工業生產、工程設計等）的生產以及管理中發揮著舉足輕重的作用。文中對于嵌入式計算機控制系統進行了簡要的介紹，并針對其控制系統內的容錯機制進行了探討，以供相關從業人員進行參考。

【關鍵詞】嵌入式 計算機控制系統 容錯策略

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）46-0249-01

引言

隨著計算機控制系統的不斷完善，計算機控制系統的容錯性能也得到了顯著的提高，被廣泛地運用到了電子信息通信、重、輕工業制造以及各種公共服務領域之中，無論是在穩定性或者準確性方面都受到了業內專業人士的認可。通過對嵌入式計算機控制系統容錯策略研究不僅能夠有效地發現嵌入式計算機控制系統當中存在的缺陷與問題，還能夠為優化嵌入式計算機控制系統的容錯設計提供重要參考，對于發揮計算機控制系統價值具有重要意義。

一、概述計算機控制系統容錯內容

為了滿足當前社會發展與工業化進程的需求，計算機系統也在不斷地創新與發展，構建一個完善、健全的計算機控制系統也成為了當前各個行業的戰略性目標。隨著計算機控制系統的普及性越來越廣，計算機控制系統的穩定性與安全性也受到了社會各界的關注。根據權威機構統計出來的數據可以看出，在大數據以及當前計算機技術水平的現狀，如果想要有效地提高計算機控制系統的穩定性就必須要從計算機系統的容錯性進行著手。所謂的容錯就是允許出現故障或者錯誤。以嵌入式計算機控制系統來說，如果計算機系統內多加入一個硬件設備或者軟件內容而出現錯誤或者故障提示時，系統會進行自我診斷與修復，以確保整個計算機系統能夠穩定、正常地運行。由此可見，加強嵌入式計算機控制系統的容錯性是提高計算機系統的重要保障。

二、嵌入式計算機控制系統容錯工作模式

在通常情況下，嵌入式計算機控制系統容錯分為以下幾個部分：（1）系統故障的檢測：因為嵌入式計算機系統故障主要是以邏輯故障為主，而使用容錯系統能夠運用“統一性校驗”、“奇偶校驗”的方式來進行精確檢測。當前對計算機系統故障的檢測方式主要有兩種：在線、離線檢測。值得注意的是，在線檢測方式的優勢是能夠進行實際檢測功能，并且能夠和計算機控制系統運相協調。也正是因為如此在線檢測方式被運用在高精密度的環境中（比如衛星控制系統或者軍工生產與控制系統）。如果采用離線檢測的方式，計算機系統則必須要退出工作狀態。（2）系統故障限制：嵌入式計算機容錯故障限制模式就是當計算機出現故障或者出錯的時候，計算機系統會受到故障原因的影響使得系統的性能被局限在一個范圍之內，通過這種方式來緩解計算機系統故障給生產環節造成影響。（3）系統重試：計算機系統在正常運行的過程當中，突發性故障對于系統的影響是相當大的。但是在一般情況下許多計算機控制系統都設置了二次重啟，即如果計算機受到非物理方式的破壞引起的計算機系統故障有一定的效果。（4）系統重組與修復：如果計算機容錯系統檢測并被確認為永久性損壞或者故障，那么系統容錯的結果就是將失效的計算機元件或者系統原件進行更替。如果要修復計算機系統就必須要對故障元件進行替換以確保計算機系統的正常動行，采用該種方式的優勢在于無論計算機系統是否在線都能夠進行。

三、嵌入式計算機控制系統容錯策略分析

（一）冗余技術與容錯技術相結合

嵌入式計算機控制系統容錯策略就是將冗余技術與容錯技術通過科學、合理的方式結合而成的設計。相比較于其他類型的設計模式，運用這種設計能夠有效地提高嵌入式計算機控制系統的容錯率，如果在某些計算機控制系統故障經常發生的位置引入冗余設計能夠有效地提升系統容性，保障系統的穩定、正常地運行。但是嵌入式計算機控制系統是由硬件與軟件系統構成，所以也必須要把容錯策略分為系統硬件與系統軟件兩個部分。隨著計算機技術的飛速進步，嵌入式計算機控制系統也開始向著人工智能方向發展。智能化硬件系統容錯策略也是在冗余技術的基礎上進行實現并得以提升。例如說電路級冗余、靜態冗余、動態冗余等多元混合式設計的運用也加快了計算機系統容錯策略工作模式的發展腳步，這對于提升計算機系統的穩定性與可靠性具有良好的促進作用。

（二）容錯策略的表現形式

現階段國內主流的計算機軟件系統的容錯策略是以“指令冗余”以及“軟件陷井”為主，而這兩種容錯策略主要表現為：首先，指令冗余就是以大量的“操作數”和“操作碼”在計算機的核心處理器（CPU）內完成所有輸入到計算機內的指令，這也是強化嵌入式計算機控制系統容錯性能的重要方式。但是對于計算機控制系統而言，操作數與操作碼都必須要在程序計數器（也就是PC）內完成。如果PC設備出現問題或者故障那么其他指令則無法順利運行，導致系統程序“跑飛”。而在嵌入式計算機控制系統中加入指令冗余設計不但能夠有效地解決這個問題，并把程序跑飛的幾率控制到最少，還能夠用單字節指令將已跑飛的程序帶回原軌道中。除此之外，雙字或者多字節指令中加入NOP單字節指令也能夠強化不同指令的關聯性，對于提升指令質量具有重要意義。除此之外，NOP指令還能夠結合自身的性質與特點提高系統的容錯性，而且還能夠運用冗余技術將計算機系統中的“系統重復”功能發揮到極致，通俗地講就是在容錯重復系統中加入重復指令來用于數據審核，并能審核過程中出現的問題進行修復，全面提高計算機系統的安全性與穩定性。其次，軟件陷阱：將經驗分析和相關資料進行整合后構建一個軟件陷阱，不但可以提高系統安全性與穩定性，還能夠有效地控制程序錯誤所造成的影響。當前常用的軟件陷阱主要有“運行程序區”、“中斷服務區”、“未使用的ROM 空間”等等。

結語

綜上所述，嵌入式計算機控制系統容錯策略對于全面提升計算機控制系統的性能意義重大，因此必須要重視容錯策略的表現形式，并將冗余技術與容錯技術相結合，只有這樣才能夠有效地提升嵌入式計算機控制的可靠性，才能夠為我國計算機技術的發展做出應有的貢獻。

參考文獻：

[1]王平.嵌入式計算機控制系統容錯策略研究[J].中國科學院上海微系統與信息技術研究所，2015（16）：114-121.

[2]李璟.高可信嵌入式計算機系統的安全性與易用性設計[J].哈爾濱工業大學，2016（08）：108-117.

作者簡介：

唐利紅（1988.03-），女，碩士，講師，研究方向：容錯，嵌入式開發。