机载燃油测量嵌入式容错计算机系统构成与设计

摘要

嵌入式系统是具有特定功能的专用计算机系统,因其具有体积小,功耗低,成本低和处理速度快等优点而被广泛应用于各个领域,在应用数量上远远超过了各种通用计算机,有着无比广泛的市场前景.同时,在某些特定领域(例如航空航天,地质勘探,军事应用等),嵌入式计算机系统运行的安全性和可靠性是倍受关注的关键问题,对嵌入式计算机容错系统的研究及应用就显得尤为重要.本论文从硬件角度对计算机容错系统的理论基础、结构模型、组成方法及评价过程作了详细论述,并据此在针对实际应用加以改进后的双机热备结构模型基础上设计了基于实时操作系统CRTOS 2.0,Motorola PowerPC860嵌入式处理器的机载燃油测量嵌入式容错计算机系统硬件平台.其涉及内容包括MPC860主系统的启动与复位,内存的分配及管理,中断响应与处理,外部总线接口(1553B总线接口),外围通信接口(包括RS-232、RS-422、RS485、ARINC429),频率计数端口,A/D转换及开关量输入输出控制电路,容错处理的仲裁电路等.在设计上除模拟控制及总线驱动等器件外,尽量采用FPGA来实现控制逻辑以提供应用平台的可扩展性.该设计的通用性及可靠性要求较高,在满足主要的应用功能前提下,还进一步考虑了系统稳定运行的保证性措施,包括提供系统基本状态自诊断(自测试)、系统硬件正常运转检测、系统总线超时监控、系统单点故障容错、实现双机板级切换等.

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1嵌入式系统和嵌入式微处理器

1.2面向二十一世纪的嵌入式系统概述

1.2.1计算机工业的分类

1.2.2嵌入式系统(Embedded System)

1.2.3嵌入式系统工业(Embedded System Industry-ESI)的特点

1.3嵌入式处理器分类与现状

1.3.1嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit-EMPU)

1.3.2嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller Unit-EMCU)

1.3.3嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP)

1.3.4嵌入式片上系统(System On Chip)

1.4嵌入式操作系统

第二章硬件容错体系及双机热备系统

2.1容错技术的分类及基本模型

2.1.1容错计算机的分类

2.1.2容错系统的基本模型简介

2.2计算机容错系统的体系结构研究

2.2.1三模混合冗余系统

2.2.2增强型双机比较系统

2.2.3带热备份的双机比较系统

2.3本方案设计中的双机热备系统模型

第三章设计方案及总体系统结构

3.1系统概述

3.2硬件系统设计

3.2.1概述

3.2.2总体设计概要

3.2.3系统主机板模块结构及相应模块的详细设计

3.2.4关于硬件设计的其它补充说明

3.3软件系统设计

3.3.1交叉调试平台

3.3.2目标机(燃油管理计算机)系统软件构成

3.3.3 CRTOS 2.0与LambdaTool

3.3.4燃油管理计算机主/备用机切换支持组件

第四章MPC860处理器

4.1 POWERPC体系结构

4.2 MPC860处理器简介

4.2.1 MPC860的主要特点

4.2.2 MPC860P处理器

4.3 MPC860处理器工作原理

4.3.1复位

4.3.2时钟

4.3.3存储器控制器

4.3.4中断响应与处理

4.3.5电源管理

第五章系统硬件平台电路详细设计

5.1系统硬件总体结构

5.2 CPU主控板部分

5.2.1电源、复位及时钟电路

5.2.2驱动缓冲电路

5.2.3与SRAM的接口

5.2.4与FLASH的接口

5.2.5外围通信及总线接口

5.2.6 FPGA逻辑控制电路

5.2.7系统掉电保护电路

5.3 AD转换板及开关量控制板部分

5.3.1 AD转换板接口电路

5.3.2开关量控制板接口电路

5.3.3 4路频率计数输入端口

5.3.4仲裁电路

第六章全文总结

6.1实现现状及总结

6.2不足及展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文

1.个人简历

2.研究生期间的工作简介

3.论文发表

附录 电路原理图（一）

附录 电路原理图（二）