空間機器人軟件錯誤檢測技術研究.pdf

1、為了應對惡劣的外層空間環(huán)境，航天系統(tǒng)的軟硬件必須具備抗輻射影響的容錯特性，而錯誤檢測（簡稱檢錯）是容錯的重點和難點環(huán)節(jié)。近年來，商業(yè)貨架（COTS）器件被越來越廣泛地應用到現(xiàn)代航天系統(tǒng)，加上體積、重量等物理條件以及成本因素的限制，使得硬件實現(xiàn)的檢錯面臨重重困難，而不依賴于硬件的軟件實現(xiàn)的檢錯由于通用性強、成本低、不易受技術封鎖以及與COTS天生關系緊密等優(yōu)勢被凸顯出來，成為一個研究熱點。
　　以空間機器人為背景研究航天軟件的錯誤檢

2、測技術具有普遍性和代表性?？臻g機器人是一種低成本的輕型遙控機器人，可在空間環(huán)境中導航及飛行，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：硬件上它運算節(jié)點多，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、分布式運行，組件來源復雜，具有多任務操作系統(tǒng)等現(xiàn)代航天系統(tǒng)的普遍特征。傳統(tǒng)的軟件檢錯技術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技術。
　　結合空間機器

3、人軟件系統(tǒng)的特點，本文首先研究了軟件檢錯技術的基本原理與評價體系。提出對空間機器人的軟件容錯問題在進程和系統(tǒng)兩個層次分別進行研究，再用一個混合模型來協(xié)調(diào)這兩個層次，最終通過一個原型系統(tǒng)對理論進行驗證和評估。
　　進程內(nèi)的錯誤通過在編譯階段自動添加檢糾錯指令的方法進行檢測。這樣可以避免人工添加指令的成本，還可以提高效率。但自動添加檢錯指令必須突破現(xiàn)有技術受限于寄存器分配的限制，為此本文提出了模擬存儲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，利用暫不使用的寄存器或存儲器模擬寄存器供添加的檢糾錯指令使用。針對控制流和數(shù)據(jù)錯誤，分別設計了基于模擬存儲器的錯誤檢測算法，并將二者組合優(yōu)化，提高了檢錯覆蓋率和檢測效果。實驗表明，該方法效果明顯，優(yōu)于現(xiàn)有其它方法。
　　系統(tǒng)級錯誤檢測通過先研究框架模型，再研究不同實現(xiàn)算法的思路來實現(xiàn)。本文提出的分布式組件檢錯模型（CDEDM）是一個多層檢錯模型，適用于具有分布式、基于組件以及多進程等復雜結構特點軟

5、件，它充分利用系統(tǒng)空閑資源來提高系統(tǒng)性能，同時它被設計得易于擴展和與其它技術協(xié)作。基于CDEDM模型，本文提出了分布式自適應冗余模型（DARM）模型。在此基礎上提出了IO錯誤檢測和利用微檢查點進行錯誤檢測的算法。其中前者是一種非侵入式的技術，可以檢查IO的順序和內(nèi)容的正確性；而后者則更加靈活，可設置微檢查點的位置、密度等細節(jié)。實驗表明二者可聯(lián)合運用，效果良好。
　　最后本文建立了一個混合檢錯模型（MSEDS），并以空間機器人實際項