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　　5．1验证方案回收3台样例航行节制计较机通过总线网络构成余度航行节制计较机，并运行余度打点软件和上层应用软件，系统毗连如图9所示。
　　the presence offailures[J]．ACM Transactions onComputer System，1987，5(1)：47-76．Birman K，Cooper R．The ISISproject：real experience with a fault tolerantprogramming system[J]．ACM Sigops Operating System Review．1991，25(2)：
　　余度打点软件回收逻辑意义上的重构，重构的系统是同步正确且软总线运行完整的航行节制计较机所构建的系统。当系统中有3台航行节制计较机事情时，系统是三模表决方法，当有一台航行节制计较机产生妨碍时，表决算法按照大都一致原则输出正确功效。从此，系统酿成双机较量方法，当剩余的两台航行节制计较机的输出一致时，系统认为两台航行节制计较机都正常并输出功效；假如两台航行节制计较机的输出纷歧致，系统能判定出产生妨碍并钝化输出。

　　余度打点软件的耗时相对付航行节制周期的15％，满意工程化应用需求。


　　(2)在同步点，航行节制计较机首先发生本周期的同步帧，携带记录发送航行节制计较机的编号，运行周期序号等信息，广播到其他航行节制计较机。




　　表3及时性测试功效 ms [4]


　　516—523．Latif-Shabgahi G，Bennett S．Adaptive majority vot—er：a novel voting algorithm for real·time fault—toler—ant controlsystems[c]／／Proceedingsof 25th Eu—romicro Conference．Was
　　2余度打点软件总体设计余度打点软件就是在每个航行节制周期把3台航行节制计较机发生的独立运算功效综合成一个正确的功效。

　　余度打点软件及时性测试功效如表3所示。

　　图8任务调治干系图图中M暗示邮箱，下标序号暗示一个运行周期各邮箱呈现动静的顺序。实线暗示利用邮箱中无动静时任务要期待，虚线暗示邮箱中无动静时任务不期待。各任务在每个周期需要完成的事情大概需要不但一个时间片才气完成，每个时间片要按照优先级对各任务从头调治。图9中，由邮箱的序号可知每个周期任务开始的顺序是从上到下，而竣事的顺序是从下到上，因此各任务的优先级分派从高到低的顺序为：注册任务，同步任务，总线任务，余度打点接口任务，上次应用任务。



　　4余度打点软件的实现余度打点软件通过多个独立任务实现，任务之间通过邮箱通报动静。

　　……………●● 牲盟|碴 多路广播图2L……………一全广播通信方法余度航行节制计较机之间通讯回收全广播方法。这种方法实现简朴，可是会给总线网络上所有航行节制计较机发生吸收开销。
　　任务级同步是以一个冗余模块中独立运行的、具有必然逻辑任务的一次执行作为同步的基本，维持冗余模块任务级数据的一致性。任务在其执行周同步周期图6任务级同步示意图期竣事后把表决信息发送到表决器，并从执行周期进入期待状态。
　　6 竣事语本文以无人机余度航行节制计较机为配景，研究设计余度打点软件，并得到乐成。所设计的余度打点软件可以或许担保航行节制计较机间数据的靠得住传输，当某通道航行节制计较机妨碍时，系统可以带妨碍降级，保障无人机航行安详。


　　盟壁!厂]r]厂]厂]

　　鼬：：

　　测试内容 耗时主节点余度打点软件运行周期从节点余度打点软件运行周期最大同步时间31·50．5[5]
　　为了担保传输进程的完整性，在数据帧的末了插手一个竣事帧作为标志，然后凭据数据帧和竣事帧的顺序发送，竣事帧将触发吸收节点对数据举办校验和完整性查抄。发送节点要期待吸收节点的反馈，假如有数据报帧丢失，从头发送丢失的数据报帧。
　　常见的有大都一致表决算法、复数表决算法、加权平均法、中值法和基于汗青信息的大都一致法∞]。
　　选举算法进程主要包罗两个部门：一是当主航行节制计较机不能正常事情时，其他航行节制计较机将启动选举算法。第二部门是选举算法担保当选航行节制计较机必需是惟一的，纵然多个并发的选举进程举办时，最后的功效必需担保所有航行节制计较机对当选航行节制计较机告竣共鸣。





　　每个航行节制周期，航行节制软件运算完成后把运算功效发送到共享内存，然后向余度打点接口任务的邮箱发送动静启动该任务。余度打点接口任务将通过邮箱依次启动同步任务、吸收／发送总线任务处理惩罚共享内存中的数据，并按照这些任务的处理惩罚功效更新系统视图，计较成员干系和举办数据表决，最后余度打点接口任务将整个余度打点软件在本次运行周期的运行功效通过邮箱返回给上层应用软件。注册任务是为系统所有任务处事的，因此注册任务不是通过其他任务启动的，而是每个航行节制计较机初始化开始时候建设的，是优先级最高的任务，每个节奏注册任务要优先运行，然后挪用延时任务把运行权交给其他任务。一个运行周期系统中任务调治干系如图8所示。
　　ACM Press，199l：341—353．Birman K，Schiper A，Stephenson P．Lightweightcausal and atomic group muhicast[J]．ACM Trans—actions on Computer Systems，1991．9(3)：272—314．袁由光．容错计较道理[M]．哈尔滨：哈尔滨工程大学出书社，2006：57—62．Bass J M，Latif-Shabgahi G，Bennett S．Experimen—talcomparisonofvoting algorithmsin cases of dis—agreement[C]／／Proceedingsof the 23rd EuromicroConfefence on New Frontiers of Information Tech—nology．Washington：IEEE Computer Society，1997：

　　3．2同步算法在余度航行节制计较机系统中，各航行节制计较机运行沟通的计较任务，将计较功效举办较量、表决，从而到达提高整个余度航行节制计较机靠得住性的目标。为担保各航行节制计较机在较量、表决时的数据是同一次计较的功效，以维持计较数据的一致性，就必需同步，使各航行节制计较机在同一段时间内运行沟通的计较任务。
　　余度打点软件主要办理的问题如下：
　　3．2．2 同步算法余度打点软件回收任务级同步算法如下：

　　(2)假如两台航行节制计较机的封装暗示向量之间的间隔小于用户确定的阈值，则向两台航行节制计较机各投一票。


　　数据交错链路只提供了航行节制计较机之间物理的毗连，没有界说上层协议，因此数据交错链路的高层协议需要自行设计。
　　3．1．2数据交错链路发送吸收协议单通道航行节制计较机将解算获得的输出指令拆装成数据帧，顺序发送，吸收节点收到数据帧后把数据帧中的数据信息取出，组装成数据。
　　[1]华冰，刘建业，李荣冰，等．余度MEMS—IMU／GPS组合导航系统[J]．南京航空航天大学学报，2007，29(5)：570—575．[23杨善水．魏秦华，黄仙密，等．飞机多通道直流供电系统冗余技能[J]．Transations of Nanjing University ofAeronautics＆Astronautics，2007，24(4)：305—309．[33 BirmanK，JosephT A．Reliable communication in[6]
　　(4)收到其他航行节制计较机的同步帧并判定相关信息，鉴定同步帧是否公道。

　　3．5 系统重构系统重构就是在不改变系统成果的环境下，对系统内部布局举办从头调解。系统重构主要包罗物理意义上的重构和逻辑意义上的重构。


　　．削‘‰． ．盟壁；n r]几r]厂]r]li堕壁!n n r] n r]n i图5松散同步示意图松散同步可以通过硬件装置实现，也可以通过软件算法实现。
　　(1)计较功效的可信性；(2)计较进程的一致性；(3)系统的妨碍处理惩罚；(4)状态记录。
　　为了办理上述问题，将余度打点软件的事情分两部门：一部门是与自身航行节制计较机相关的事情，另一部门是与其他航行节制计较机相关的事情。
　　(1)在每个运行周期，首先运行上层应用措施举办航行节制计较，获得计较功效后进入同步点。






　　(3)处理惩罚完所有航行节制计较机的数据后，统计各航行节制计较机得票环境，高出2／3大都票的航行节制计较机为正常，小于1／3少数票的航行节制计较机为不正常，最终输出功效为票数最多的航行节制计较机的解算功效。
　　节点吸收其他节点的数据报和竣事帧，假如是竣事帧，说明发送节点把一组数据帧发送竣事，吸收节点开始扫描缓冲区，查抄是否收到了全部的数据帧。假如有丢帧，吸收节点就发生一个重发请求帧，请求对方发送总线从头发送丢失的数据帧。假如没有丢帧，吸收节点就发生一个乐成确认帧，发送给对方的发送节点通知发送乐成。其流程图如图3所示。
　　收发器航行节制计较机A收发器航行节制计较机B收发器航行节制计较机C图9系统毗连图系统可以通过串口输入测试指令模仿妨碍，妨碍和妨碍注入要领如表1所示。
　　1 三余度航行节制计较机逻辑布局3台样例航行节制计较机通过数据交错链路互联构成余度航行节制计较机的逻辑布局如图1所示。样例航行节制计较机A，B和C构成三余度航行节制计较机，认真无人机的航行节制和余度资源打点。航行节制计较机之间通过数据交错链路构成网络，组成松耦合系统，当某一通道航行节制计较机妨碍时，可以迅速切换。
　　任务级同步是指系统中各冗余模块在每个任务的调治周期举办同步，如图6所示。
　　[8]
　　(1)判定是否存在处于精采状态的其他航行节制计较机，假如不存在则直接选举本身作为新主航行节制计较机；(2)假如存在处于精采状态的其他航行节制计较机，则通过选择与本身同步乐成次数最多的航行节制计较机作为新主航行节制计较机；(3)当地航行节制计较机收到其他航行节制计较机的同步帧时，假如该帧记录的主航行节制计较机编号与当地航行节制计较机视图的主航行节制计较机编号纷歧致时，取两者中较小者作为当地航行节制计较机视图的主航行节制计较机编号，并把新的主航行节制计较机生命值置为最大值。


　　3．4成员干系3．4．1 航行节制计较机发明操纵每个运行周期，系统中的航行节制计较机通过同步探知其他航行节制计较机的存在。假如发送同步帧的航行节制计较机与当地航行节制计较机同步，则该航行节制计较机与当地航行节制计较机处于一个组，如图7所示。实线框内的航行节制计较机相互到达同步，处于同一个组。





　　(1)计较任意两台航行节制计较机的封装暗示向量之间的间隔。
　　时钟级同步是指系统中各冗余模块每个时钟周期都举办同步，如图4所示。
　　5 尝试验证为了验证本文设计的余度打点软件的可行性，在样例三余度航行计较机长举办余度打点算法测试。



　　+表2．妨碍注入尝试功效模仿妨碍 尝试功效粉碎一帧数据，模仿CAN总线瞬时妨碍同步序号错误从节点妨碍主节点妨碍改换主节点通过示波器视察，传输数据增加3帧，通过动静冗余，担保数据靠得住传输序号颠末一个同步周期，到达统一错误从节点无投票，输出主节点数据错误主节点无投票，输出从节点数据乐成改换主节点，而且惟一统一通过妨碍注入尝试，系统可以或许凭据设计对妨碍举办正确的处理惩罚。当总线产生瞬时妨碍时，总线传输算法能担保数据靠得住传输。当主航行节制计较机损毁时，系统可以当即选举出新主航行节制计较机而且降为二余度。
　　参考文献：

　　(1)妨碍独立性；(2)计较并行备份性；(3)易扩展和重构。
　　3要害算法研究与设计3．1数据交错链路算法余度航行节制计较机的数据交错链路用于每个航行节制周期航行节制计较机计较竣事互换计较功效。

　　图7发明航行节制计较机操纵3．4．2主航行节制计较机选举算法余度航行节制计较机需要有一台非凡的主航行节制计较机协调一组航行节制计较机的行动。假如妨碍产生在主航行节制计较机，整个系统将无法正常事情，为了维持余度系统的正常运行，当主航行节制计较机不能继承事情时，就必需从头选择主航行节制计较机。
　　图3算法实现流程图吸收数据交错链路协议通过动静冗余技能担保航行节制计较机间数据的靠得住性传输。
　　图10余度航行节制计较机测试功效5．2验证功效余度打点软件妨碍注入尝试功效如表2所示。

　　航行节制计较机的选举算法如下：


　　


　　3．1．1通信模式研究传统的通信协议回收点到点的方法进动作静通报，不适合于同一时刻多个航行节制计较机之间的通讯，为了担保多个节点问的一致性，必需回收一到多或多到多的通信模式。有两种实现方法：多路广播和全广播[3{]，图中虚线框内的航行节制计较机属于同一个组，如图2所示。多路广播网络中，发送数据帧●一发送竣事帧I期待方针节点的反馈 发送日标节点缺少的帧<==二二参请求重发f l 乐成确认l发送乐成I信息可以同时发送给0，1和2，3不会受到该动静的影响。全广播网络中，信息同时发送给0，1，2和3，所有收到信息的航行节制计较机通过软件判定该动静是否需要。
　　自身航行节制计较机相关的事情包罗状态记录、成员干系计较和数据投票表决(主航行节制计较机)，在余度打点接口中完成；与其他航行节制计较机相关的事情包罗同步任务、吸收总线和发送总线任务。



　　(5)假如航行节制计较机在同步期待时间达到上限之前收到所有其他航行节制计较机的公道同步帧，则同步乐成，计较航行节制计较机进入同步点与收到最后一个同步帧之间时间，将此值作为时间差参数通报给上层应用软件，竣事本次同步；不然，认为航行节制计较机同步失败。

　　图1 三余度航行节制计较机逻辑布局该余度航行节制计较机布局具有以下利益：
　　本文研究的余度打点软件是三余度航行节制计较机的焦点部门，主要认真余度航行节制计较机中3台航行节制计较机的打点和协调事情，实现余度打点计策。
　　3．2．1 同步方法选择同步技能在余度计较机中处于重要职位，按照差异的同步周期，同步技能分为3种形式‘“：时钟级同步、松散同步和任务级同步。



　　3．3表决算法表决技能为余度航行节制计较机系统屏蔽妨碍提供技能支持，其根基事情道理是：利用Ⅳ个成果沟通的部件同时介入事情，对它们的功效举办投票表决，以多取胜，到达屏蔽系统妨碍的目标。
　　在设计的余度打点软件中，一旦主节点生命值为零，启动主航行节制计较机选举算法。
　　图4时钟级同步示意图时钟同步具有妨碍发明实时，妨碍规复快的特点，可是需要专门的硬件支持。
　　本方案担保了余度打点软件各成果任务的独立，制止差异任务之间的耦合；其次，任务之间通过内存共享(对付批量数据)以及邮箱(对付少量及时数据)举办通信，层次清晰以及便于将来扩展余度打点软件成果。

　　(3)航行节制计较机查抄收到的其他航行节制计较机的同步帧，判定其他航行节制计较机进入同步点或是处于同步吸收期待状态。为了防备呈现通信妨碍或航行节制计较机妨碍而进入死锁，同步吸收期待时间必需有一个上限，一旦达到上限则强制清除同步。






　　航行节制计较机的硬件不具备时钟级同步的条件，思量到航行节制任务的及时周期性特点，因此回收航行节制任务同步方法。
　　[9]

　　基于向量间隔计较，投票表决算法如下：

　　(6)通知上层应用措施凭据同步算法通报的时间差参数举办延时，以担保在下一个运行周期，当地航行节制计较机与网络中的最慢航行节制计较机的应用措施同时开始。



　　】03一】07．Ricciardi A M，BirmanK．Using process groupstOimplement failure detection in asynchronous environ—ments[C]／／The lOth Annual ACM Symposium onPrinciples of DistributedComputing．NY USA：
　　摘要：针对样例余度设置的无人机航行节制计较机体系布局，提出了一种输出信息余度打点方案。设计了数据交又链路通讯，同步、输出信息表决、成员干系计较和系统重构等算法，回收多任务方案实现了相应的余度打点软件。最后，在样例三余度航行节制计较机长举办了余度打点算法测试，功效表白所提出的方案正确，算法成果与机能满意工程应用要求。
　　[7]
　　表1妨碍和注入要领模仿妨碍 妨碍注入要领CAN总线瞬时妨碍同步序号错误从节点妨碍主节点妨碍改换主节点以必然的概率粉碎数据帧校验和序号加上随机数粉碎从节点表决数据粉碎主节点表决数据粉碎主节点表决数据，启动选举任务余度航行节制计较机的状态、输出功效及测试指令如图10所示。
　　松散同步是指系统中各冗余模块在多个时钟周期后举办同步，如图5所示。
　　要害词：无人机；余度技能；余度航行节制计较机；余度打点软件航行节制计较机的高靠得住性是无人机安详航行的担保，为了提高航行节制计较机的靠得住性，凡是回收余度技能口≈]设计航行节制计较机。其实质是通过增加余度资源，屏蔽妨碍部件的影响，提高航行节制计较机的靠得住性。
　　本文回收的表决算法是基于大都一致的表决算法。航行节制计较机A输出向量和航行节制计较机B输出向量之间的间隔为DA．B=maxj乩2，…．。一1IW，(P一』一Ps』)I，个中W，为表征第_『个数据重要性水平的加权值，其详细值按照原始数据的物理意义确定。