計(jì)算密集型應(yīng)用下嵌入式雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著ARM處理器性能不斷提升，同時(shí)又兼顧低功耗、體積小的特點(diǎn)，嵌入式計(jì)算密集型應(yīng)用越來(lái)越多。鑒于計(jì)算密集型領(lǐng)域系統(tǒng)的可靠性要求高，因此如何設(shè)計(jì)高可靠性嵌入式系統(tǒng)成為一個(gè)至關(guān)重要的課題。
　　檢查點(diǎn)機(jī)制和雙機(jī)容錯(cuò)機(jī)制是提高系統(tǒng)可靠性的有效途徑，檢查點(diǎn)機(jī)制可以縮短任務(wù)恢復(fù)時(shí)間，通常應(yīng)用于通用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算領(lǐng)域，雙機(jī)容錯(cuò)機(jī)制可以容忍永久故障。傳統(tǒng)意義上的嵌入式雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)并沒(méi)有考慮到檢查點(diǎn)機(jī)制，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)瞬時(shí)故障任務(wù)只能從程序起始位

2、置運(yùn)行，這樣程序恢復(fù)代價(jià)大，僅適用于工控領(lǐng)域和其他不需要連續(xù)計(jì)算的領(lǐng)域。由于計(jì)算密集型程序運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)，并且不能被打斷，因此傳統(tǒng)雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)已不再適用。本論文根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，以傳統(tǒng)的雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合檢查點(diǎn)機(jī)制，提出了一種能夠運(yùn)用到嵌入式計(jì)算密集型領(lǐng)域的雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)。
　　檢查點(diǎn)設(shè)置時(shí)間間隔的長(zhǎng)短直接影響系統(tǒng)的可靠性和額外開(kāi)銷率。本文在研究影響系統(tǒng)可靠性因素、檢查點(diǎn)機(jī)制以及雙機(jī)容錯(cuò)機(jī)制基礎(chǔ)上，分析瞬時(shí)故障和永久故障的特點(diǎn)

3、，根據(jù)馬爾可夫過(guò)程提出兩個(gè)檢查點(diǎn)設(shè)置優(yōu)化模型:一個(gè)是基于任務(wù)截止時(shí)間的檢查點(diǎn)時(shí)間間隔優(yōu)化模型，它可以研究在截止時(shí)間到來(lái)之前任務(wù)完成的概率;另一個(gè)是基于多級(jí)檢查點(diǎn)的時(shí)間間隔優(yōu)化模型，它在前一模型基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，引入二級(jí)檢查點(diǎn)從而縮短故障檢測(cè)時(shí)間。當(dāng)二級(jí)檢查點(diǎn)工作時(shí)間較短時(shí)，基于多級(jí)檢查點(diǎn)時(shí)間間隔優(yōu)化模型明顯優(yōu)于前一模型。接著以基于多級(jí)檢查點(diǎn)時(shí)間間隔優(yōu)化模型為指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了基于最優(yōu)檢查點(diǎn)的嵌入式雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)，它可以修復(fù)瞬時(shí)故障和容忍永久故障，

4、并著重介紹了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。檢查點(diǎn)保存進(jìn)程信息時(shí)，I/O操作次數(shù)較多，本文提出寫緩沖優(yōu)化算法，減少I/O操作次數(shù)，以提高檢查點(diǎn)性能，經(jīng)過(guò)測(cè)試寫緩沖優(yōu)化算法最大可以達(dá)到36％性能提升率。最后，本文以兩個(gè)計(jì)算密集型算法（矩陣相乘和SUSAN算法）為例進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，表明最優(yōu)檢查點(diǎn)設(shè)置算法能夠明顯提高嵌入式計(jì)算密集型應(yīng)用下雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)的可靠性。通過(guò)本課題的研究，對(duì)構(gòu)建瞬時(shí)故障和永久故障不可忽略的、面向計(jì)算密集型應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)有一定的理論和應(yīng)用