嵌入式计算机控制系统容错策略

【摘要】在信息时代的大背景下，电子计算机与互联网技术也得到了飞速发展，并且也成为了人们正常的生产、生活以及休闲娱乐的重要组成部分。随着计算机控制技术的普及，计算机控制系统在许多领域（航空航天、工业生产、工程设计等）的生产以及管理中发挥着举足轻重的作用。文中对于嵌入式计算机控制系统进行了简要的介绍，并针对其控制系统内的容错机制进行了探讨，以供相关从业人员进行参考。

【关键词】嵌入式 计算机控制系统 容错策略

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）46-0249-01

引言

随着计算机控制系统的不断完善，计算机控制系统的容错性能也得到了显著的提高，被广泛地运用到了电子信息通信、重、轻工业制造以及各种公共服务领域之中，无论是在稳定性或者准确性方面都受到了业内专业人士的认可。通过对嵌入式计算机控制系统容错策略研究不仅能够有效地发现嵌入式计算机控制系统当中存在的缺陷与问题，还能够为优化嵌入式计算机控制系统的容错设计提供重要参考，对于发挥计算机控制系统价值具有重要意义。

一、概述计算机控制系统容错内容

为了满足当前社会发展与工业化进程的需求，计算机系统也在不断地创新与发展，构建一个完善、健全的计算机控制系统也成为了当前各个行业的战略性目标。随着计算机控制系统的普及性越来越广，计算机控制系统的稳定性与安全性也受到了社会各界的关注。根据权威机构统计出来的数据可以看出，在大数据以及当前计算机技术水平的现状，如果想要有效地提高计算机控制系统的稳定性就必须要从计算机系统的容错性进行着手。所谓的容错就是允许出现故障或者错误。以嵌入式计算机控制系统来说，如果计算机系统内多加入一个硬件设备或者软件内容而出现错误或者故障提示时，系统会进行自我诊断与修复，以确保整个计算机系统能够稳定、正常地运行。由此可见，加强嵌入式计算机控制系统的容错性是提高计算机系统的重要保障。

二、嵌入式计算机控制系统容错工作模式

在通常情况下，嵌入式计算机控制系统容错分为以下几个部分：（1）系统故障的检测：因为嵌入式计算机系统故障主要是以逻辑故障为主，而使用容錯系统能够运用“统一性校验”、“奇偶校验”的方式来进行精确检测。当前对计算机系统故障的检测方式主要有两种：在线、离线检测。值得注意的是，在线检测方式的优势是能够进行实际检测功能，并且能够和计算机控制系统运相协调。也正是因为如此在线检测方式被运用在高精密度的环境中（比如卫星控制系统或者军工生产与控制系统）。如果采用离线检测的方式，计算机系统则必须要退出工作状态。（2）系统故障限制：嵌入式计算机容错故障限制模式就是当计算机出现故障或者出错的时候，计算机系统会受到故障原因的影响使得系统的性能被局限在一个范围之内，通过这种方式来缓解计算机系统故障给生产环节造成影响。（3）系统重试：计算机系统在正常运行的过程当中，突发性故障对于系统的影响是相当大的。但是在一般情况下许多计算机控制系统都设置了二次重启，即如果计算机受到非物理方式的破坏引起的计算机系统故障有一定的效果。（4）系统重组与修复：如果计算机容错系统检测并被确认为永久性损坏或者故障，那么系统容错的结果就是将失效的计算机元件或者系统原件进行更替。如果要修复计算机系统就必须要对故障元件进行替换以确保计算机系统的正常动行，采用该种方式的优势在于无论计算机系统是否在线都能够进行。

三、嵌入式计算机控制系统容错策略分析

（一）冗余技术与容错技术相结合

嵌入式计算机控制系统容错策略就是将冗余技术与容错技术通过科学、合理的方式结合而成的设计。相比较于其他类型的设计模式，运用这种设计能够有效地提高嵌入式计算机控制系统的容错率，如果在某些计算机控制系统故障经常发生的位置引入冗余设计能够有效地提升系统容性，保障系统的稳定、正常地运行。但是嵌入式计算机控制系统是由硬件与软件系统构成，所以也必须要把容错策略分为系统硬件与系统软件两个部分。随着计算机技术的飞速进步，嵌入式计算机控制系统也开始向着人工智能方向发展。智能化硬件系统容错策略也是在冗余技术的基础上进行实现并得以提升。例如说电路级冗余、静态冗余、动态冗余等多元混合式设计的运用也加快了计算机系统容错策略工作模式的发展脚步，这对于提升计算机系统的稳定性与可靠性具有良好的促进作用。

（二）容错策略的表现形式

现阶段国内主流的计算机软件系统的容错策略是以“指令冗余”以及“软件陷井”为主，而这两种容错策略主要表现为：首先，指令冗余就是以大量的“操作数”和“操作码”在计算机的核心处理器（CPU）内完成所有输入到计算机内的指令，这也是强化嵌入式计算机控制系统容错性能的重要方式。但是对于计算机控制系统而言，操作数与操作码都必须要在程序计数器（也就是PC）内完成。如果PC设备出现问题或者故障那么其他指令则无法顺利运行，导致系统程序“跑飞”。而在嵌入式计算机控制系统中加入指令冗余设计不但能够有效地解决这个问题，并把程序跑飞的几率控制到最少，还能够用单字节指令将已跑飞的程序带回原轨道中。除此之外，双字或者多字节指令中加入NOP单字节指令也能够强化不同指令的关联性，对于提升指令质量具有重要意义。除此之外，NOP指令还能够结合自身的性质与特点提高系统的容错性，而且还能够运用冗余技术将计算机系统中的“系统重复”功能发挥到极致，通俗地讲就是在容错重复系统中加入重复指令来用于数据审核，并能审核过程中出现的问题进行修复，全面提高计算机系统的安全性与稳定性。其次，软件陷阱：将经验分析和相关资料进行整合后构建一个软件陷阱，不但可以提高系统安全性与稳定性，还能够有效地控制程序错误所造成的影响。当前常用的软件陷阱主要有“运行程序区”、“中断服务区”、“未使用的ROM 空间”等等。

结语

综上所述，嵌入式计算机控制系统容错策略对于全面提升计算机控制系统的性能意义重大，因此必须要重视容错策略的表现形式，并将冗余技术与容错技术相结合，只有这样才能够有效地提升嵌入式计算机控制的可靠性，才能够为我国计算机技术的发展做出应有的贡献。

参考文献：

[1]王平.嵌入式计算机控制系统容错策略研究[J].中国科学院上海微系统与信息技术研究所，2015（16）：114-121.

[2]李璟.高可信嵌入式计算机系统的安全性与易用性设计[J].哈尔滨工业大学，2016（08）：108-117.

作者简介：

唐利红（1988.03-），女，硕士，讲师，研究方向：容错，嵌入式开发。