Совершенствование и повышение эффективности микропроцессорных систем управления оборудованием на основе методов оценки и контроля надежности

• Автор: Суханова, Наталия Вячеславовна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 100 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1.Анализ дублированных и троированных отказоустойчивых систем управления

1.2. Математические модели надежности программного обеспечения

1.3. Выводы по главе

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ДУБЛИРОВАННОГО МИКРОПРОЦЕССОРНОГО УСТРОЙСТВА И КОНТРОЛЬ ЕГО РАБОТОСПОСОБНОСТИ

2.1. Разработка дублированного микропроцессорного устройства

2.2. Контроль работоспособности в дублированном микропроцессорном устройстве

2.3. Анализ способов контроля сигналов

2.4. Разработка устройства для контроля работоспособности системы управления

2.5. Построение эмпирической гистограммы распределения контрольного сигнала
2.6. Результаты моделирования работы устройства контроля работоспособности дублированной схемы
2.7. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЕГО КОМПОНЕНТОВ
3.1.Структура компьютерной системы управления оборудованием
3.2. Вероятность необнаруженного отказа КСУ при работе оператора системы
3.3. Вероятность необнаруженного отказа при передаче сообщения
3.4. Вероятность необнаруженного отказа при расчете контрольной суммы сообщения
3.5. Оценка надежности компьютерной сети
3.6. Контроль работоспособности и оценка надежности дублированной системы управления
3.6.1. Контроль работоспособности дублированной системы управления два по два
3.6.2. Оценка надежности дублированной системы управления
3.6.3. Вероятность необнаруженного отказа в двух комплектах оборудования
3.6.4. Вероятность необнаруженного отказа в одном комплекте оборудования
3.6.5. Вероятность необнаруженного отказа в процедуре контрольного суммирования ПЗУ
3.7. Выводы по главе 3
4. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ
4.1. Анализ моделей надежности программного обеспечения
4.2.Экспериментальные исследования надежности программного обеспечения
4.3. Оценка надежности встроенного программного обеспечения в компьютерных системах управления оборудованием
4.4. Исходные данные для оценки надежности встроенного программного обеспечения
4.5. Характеристики работы программного обеспечения
4.6.План проведения испытаний для оценки надежности программного обеспечения
4.7. Оценка надежности встроенного программного обеспечения
4.8. Пример оценки надежности встроенного программного обеспечения
4.9. Результаты испытаний встроенного программного обеспечения на надежность
4 Выводы по главе 4
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В дублированных схемах и системах с мажоритированием основные и резервные комплекты оборудования выполняют одинаковые задачи. Надежность таких систем управления обеспечивается за счет аппаратного и программного резервирования функций основного комплекта. В дублированной схеме используются два канала - основной и резервный. Основной канал работает постоянно. Резервный канал может работать параллельно с основным или включаться в работу при его отказе. В дублированных системах управления ответственными технологическими процессами, где необходимо обеспечить высокую надежность, используется отказоустойчивая схема «два по два». Второй канал работает в «горячем» резерве, параллельно с основным. В каждом канале имеются два одинаковых комплекта оборудования и схема контроля. Результаты работы двух комплектов поступают на входы схемы контроля для аппаратного сравнения. Схема контроля сравнивает данные от двух комплектов. В случае, если данные от двух комплектов не совпадают, система обнаруживает отказ канала и переключает его в безопасное защитное состояние. В ряде применений используется дублированная схема с асинхронной работой двух каналов. В системах с мажоритированием используются 3 и более комплектов аппаратуры. Сравнение результатов производится по методу голосования «большинством голосов». В троированной схеме решение принимается по принципу голосования “2 из 3”. При отказе в одном из комплектов троированной схемы, неисправный комплект отключают, и система становится дублированной. Аналогичным образом могут строиться системы с большим количеством резервированных элементов. При дублированной и троированной архитектуре функциональные возможности устройства, его вычислительная мощность и быстродействие соответствуют однокомплектному устройству без резервирования, а стоимость значительно выше. Многопроцессорная система содержит несколько процессорных модулей. Отличие от предыдущих вариантов состоит в том, что алгоритм работы разделен на ряд задач, которые распределены между процессорами. В зависимости от конкретного применения, задачи могут распределяться между процессорами различным образом. Известно жесткое разделение задач между процессорами, динамическое разделение задач между процессорами, перераспределение при отказе. В случае отказа одного процессора, его функции выполняют оставшиеся исправные модули. Отказ процессора обнаруживают по результатам проведения программных и аппаратных тестов. Многопроцессорная архитектура применяется в сложных вычислительных устройствах, где функции контроля, распределения ресурсов процессоров и памяти выполняет операционная система. Методы оценки и контроля надежности должны учитывать специфику микропроцессорных систем управления. Микропроцессорные устройства имеют большой период приработки. Период приработки в начале эксплуатации системы характеризуется высокой интенсивностью отказов из-за выявления и устранения ошибок при проектировании и изготовлении аппаратных средств, исправления ошибок в программном обеспечении. Испытания показали, что постоянная интенсивность отказов достигается после нескольких лет эксплуатации микропроцессорных систем управления. Оценка надежности микропроцессорных устройств определяется на этапе проектирования с помощью расчетных методов. В аппаратных средствах и программном обеспечении всегда присутствуют ошибки конструирования и ошибки изготовления. Ошибки конструирования аппаратуры и ошибки программного обеспечения можно выявить и устранить только при испытаниях и в процессе эксплуатации системы управления. Для оценки интенсивности отказов микропроцессорного устройства используются данные об интенсивностях отказов его аппаратных и программных средств. Аппаратные средства системы управления строятся из большого количества элементов. В оценке надежности сложно учесть влияние отказа отдельного элемента на работоспособность всего устройства. В состоянии отказа на выходах микросхем могут формироваться сигналы как логического “0” так и “1” . Возможны необнаруженные “скрытые” отказы компонентов.