论文摘要
小卫星有重量轻、体积小、功耗低等优点,它工作在无人干预的低温、高辐射的空间环境中,其星务系统需要满足集成度高、寿命长、可靠性高和抗干扰能力强等要求。本文的主要工作是研究如何设计高可靠、高容错的嵌入实时卫星操作系统,并在相关的软件工程领域进行必要的探索。在比较了多种操作系统结构模型的基础上,本文首先研究了采用微内核结构的小卫星操作系统结构设计思想。采用微内核结构能够大大简化系统内核内部以及系统内核与应用之间的接口,明显地降低模块之间调用的复杂性,从结构上保证了系统的高可靠性,并且具有易于扩展等优点。接下来本文讨论了操作系统内部任务结构和任务调度策略的设计。在分析时间驱动和事件驱动的优点和缺陷的基础上,研究了基于消息和定时任务处理的时间、事件混合驱动的抢占式卫星操作系统设计思想。这种思想综合了时间驱动和事件驱动的好处,既不会在负荷突然升高时造成失控,也不会降低关键任务的响应时间。其后,在分析容错实时系统面临的主要问题基础上,本论文对容错实时调度算法进行了深入地研究,提出了一种较通用的容错实时调度算法LP-FT,它可调度多种类型的任务,适用范围广泛。本文在理论上证明了该算法的正确性,给出了可调度条件,进行了算法分析,并基于实时操作系统VxWorks,设计其容错调度模块,实现了LP-FT容错实时调度算法,最后对容错调度模块进行了测试。结果表明,其时间和空间开销能够满足实时系统的要求。最后,本文着重分析了小卫星在空间环境中运行时的各类故障问题,针对小卫星数据存储提出了编码容错技术,并在ModelSim模拟平台上对编码容错技术方案进行了设计和验证。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 引言1.2 本课题的背景及意义1.3 国内外小卫星研究现状1.3.1 美国小卫星研究的带头地位1.3.2 俄罗斯庞大的小卫星规模1.3.3 日本小卫星快速发展1.3.4 欧洲星座平台设计1.3.5 中国小卫星发展现状1.4 本课题的工作关键和研究内容第二章 小卫星嵌入式实时操作系统及VXWORKS 内核的研究2.1 星载计算机操作系统要求及结构2.1.1 小卫星星载计算机操作系统要求2.1.2 客户/服务系统结构2.1.3 微内核结构2.2 嵌入式实时操作系统2.2.1 嵌入式系统中的重要概念和工作特点2.2.2 嵌入式系统设计原理2.3 VXWORKS操作系统介绍2.3.1 VxWorks 的特点2.3.2 Vxworks 操作系统结构分析2.3.3 VxWorks 内核2.4 TORNADO开发环境介绍2.5 本章小结第三章 星载计算机嵌入式系统分析及设计3.1 星载计算机组成结构3.2 基于VXWORKS 的微内核操作系统设计方案3.2.1 小卫星操作系统设计方案3.2.2 小卫星操作系统运行模式3.3 小卫星微内核操作系统任务调度设计3.3.1 微内核操作系统任务结构3.3.2 进程的介绍和实现3.3.3 微内核操作系统进程管理、通信及调度3.3.4 微内核操作系统的初始化3.4 PC104 仿真平台3.5 板极支持包BSP 的开发实现3.6 本章小结第四章 容错实时任务调度算法研究4.1 系统失效及容错4.2 容错实时调度算法4.2.1 调度算法及其分类4.2.2 静态实时调度4.2.3 动态实时调度4.2.4 容错实时调度算法4.3 常用容错调度算法分析4.3.1 基于FT-EDF 的容错实时调度算法4.3.2 FTRM 容错实时调度算法4.4 小卫星容错实时任务调度的实现4.4.1 小卫星容错调度模块总体设计4.4.2 基于优先级的可抢占式调度4.4.3 LP-FT 容错调度算法的实现4.4.4 基于LP-FT 调度算法的系统性能测试4.5 本章小结第五章 星载计算机系统容错控制策略及仿真5.1 容错体系介绍5.1.1 失效、错误和缺陷简述5.1.2 小卫星系统运行中的常见的故障问题5.1.3 系统可靠性保障5.1.4 小卫星容错技术5.2 编码容错技术5.3.1 海明码容错原理5.3.2 基于海明码的改进编码容错算法5.3.3 基于改进编码容错技术的RAM 存储数据容错5.4 基于MODELSIM 平台的编码容错纠错模拟仿真5.4.1 ModelSim 介绍5.4.2 MdelSim 平台下的编码容错技术仿真5.5 本章小结第六章 总结与展望6.1 本文工作总结6.2 后续工作展望参考文献致谢攻读硕士学位期间发表的学术论文
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标签:小卫星论文; 实时操作系统论文; 星务系统论文; 任务调度论文; 编码容错论文;
微小卫星星载微内核实时操作系统设计及系统容错技术研究
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