空間機(jī)器人軟件錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、為了應(yīng)對(duì)惡劣的外層空間環(huán)境，航天系統(tǒng)的軟硬件必須具備抗輻射影響的容錯(cuò)特性，而錯(cuò)誤檢測(cè)（簡稱檢錯(cuò)）是容錯(cuò)的重點(diǎn)和難點(diǎn)環(huán)節(jié)。近年來，商業(yè)貨架（COTS）器件被越來越廣泛地應(yīng)用到現(xiàn)代航天系統(tǒng)，加上體積、重量等物理?xiàng)l件以及成本因素的限制，使得硬件實(shí)現(xiàn)的檢錯(cuò)面臨重重困難，而不依賴于硬件的軟件實(shí)現(xiàn)的檢錯(cuò)由于通用性強(qiáng)、成本低、不易受技術(shù)封鎖以及與COTS天生關(guān)系緊密等優(yōu)勢(shì)被凸顯出來，成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　以空間機(jī)器人為背景研究航天軟件的錯(cuò)誤檢

2、測(cè)技術(shù)具有普遍性和代表性。空間機(jī)器人是一種低成本的輕型遙控機(jī)器人，可在空間環(huán)境中導(dǎo)航及飛行，代替宇航員完成艙外作業(yè)。它是現(xiàn)代航天系統(tǒng)的典型代表，在軟硬件上具備現(xiàn)代航天系統(tǒng)的典型特征：硬件上它運(yùn)算節(jié)點(diǎn)多，大量使用不具備抗輻射能力COTS器件；軟件上具有基于組件技術(shù)、分布式運(yùn)行，組件來源復(fù)雜，具有多任務(wù)操作系統(tǒng)等現(xiàn)代航天系統(tǒng)的普遍特征。傳統(tǒng)的軟件檢錯(cuò)技術(shù)不能滿足這些新特征的提出的新要求，為此需要研究新的軟件檢錯(cuò)技術(shù)。
　　結(jié)合空間機(jī)器

3、人軟件系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文首先研究了軟件檢錯(cuò)技術(shù)的基本原理與評(píng)價(jià)體系。提出對(duì)空間機(jī)器人的軟件容錯(cuò)問題在進(jìn)程和系統(tǒng)兩個(gè)層次分別進(jìn)行研究，再用一個(gè)混合模型來協(xié)調(diào)這兩個(gè)層次，最終通過一個(gè)原型系統(tǒng)對(duì)理論進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估。
　　進(jìn)程內(nèi)的錯(cuò)誤通過在編譯階段自動(dòng)添加檢糾錯(cuò)指令的方法進(jìn)行檢測(cè)。這樣可以避免人工添加指令的成本，還可以提高效率。但自動(dòng)添加檢錯(cuò)指令必須突破現(xiàn)有技術(shù)受限于寄存器分配的限制，為此本文提出了模擬存儲(chǔ)器的概念及分配方法。其核心是基于編

4、譯后的程序中寄存器使用不均的特點(diǎn)，利用暫不使用的寄存器或存儲(chǔ)器模擬寄存器供添加的檢糾錯(cuò)指令使用。針對(duì)控制流和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，分別設(shè)計(jì)了基于模擬存儲(chǔ)器的錯(cuò)誤檢測(cè)算法，并將二者組合優(yōu)化，提高了檢錯(cuò)覆蓋率和檢測(cè)效果。實(shí)驗(yàn)表明，該方法效果明顯，優(yōu)于現(xiàn)有其它方法。
　　系統(tǒng)級(jí)錯(cuò)誤檢測(cè)通過先研究框架模型，再研究不同實(shí)現(xiàn)算法的思路來實(shí)現(xiàn)。本文提出的分布式組件檢錯(cuò)模型（CDEDM）是一個(gè)多層檢錯(cuò)模型，適用于具有分布式、基于組件以及多進(jìn)程等復(fù)雜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)軟

5、件，它充分利用系統(tǒng)空閑資源來提高系統(tǒng)性能，同時(shí)它被設(shè)計(jì)得易于擴(kuò)展和與其它技術(shù)協(xié)作?；贑DEDM模型，本文提出了分布式自適應(yīng)冗余模型（DARM）模型。在此基礎(chǔ)上提出了IO錯(cuò)誤檢測(cè)和利用微檢查點(diǎn)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)的算法。其中前者是一種非侵入式的技術(shù)，可以檢查IO的順序和內(nèi)容的正確性；而后者則更加靈活，可設(shè)置微檢查點(diǎn)的位置、密度等細(xì)節(jié)。實(shí)驗(yàn)表明二者可聯(lián)合運(yùn)用，效果良好。
　　最后本文建立了一個(gè)混合檢錯(cuò)模型（MSEDS），并以空間機(jī)器人實(shí)際項(xiàng)