空间单粒子翻转自主容错方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010713393.6 (22)申请日 2020.07.22 (71)申请人 北京神舟航天软件技术有限公司 地址 100094 北京市海淀区永丰路28号 (72)发明人 程胜邱化强蔡铭赵新鹏 崔小磊 (74)专利代理机构 北京世誉鑫诚专利代理有限 公司 11368 代理人 孙国栋 (51)Int.Cl. G06F 11/20(2006.01) G06F 11/16(2006.01) (54)发明名称 一种空间单粒子翻转自主容错方法 (57)摘要 本发明公开的空间单粒子翻转自。

2、主容错方 法， 涉及计算机技术领域， 根据数据的大小， 为数 据创建三块冗余内存池， 将三块冗余内存池分别 分配至系统的三个分区中， 设定三块冗余内存池 中的一块冗余内存池为主数据块， 其余两块冗余 内存池为副数据块， 得到第一副数据块及第二副 数据块并将所述数据在三个分区中的存储地址 记录在变量地址映射表中， 将数据依次写入三 个分区的数据区域中， 根据变量地址映射表， 获 取主数据块中的数据， 判断是否触发EDAC电路检 查内存错误操作， 若是， 则利用三取二策略处理 三个分区中的数据， 保证了冗余内存池之间的地 址分布性和数据之间的隔离性， 结合利用EDAC内 存异常捕获机制， 提高了容。

3、错效率， 降低了容错 成本。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 111858192 A 2020.10.30 CN 111858192 A 1.一种空间单粒子翻转自主容错方法， 其特征在于， 包括： 根据数据的大小， 为所述数据创建三块冗余内存池； 利用信号量机制， 连续进行三次内存分配操作， 将三块冗余内存池分别分配至系统的 三个分区中； 设定三块冗余内存池中的一块冗余内存池为主数据块， 其余两块冗余内存池为副数据 块， 得到第一副数据块及第二副数据块并将所述数据在三个分区中的存储地址记录在变 量-地址映射表中； 将所述数据依次写入三个分区的数据区域中； 根据变量-地址映射表， 获。

4、取主数据块中的数据； 判断是否触发EDAC电路检查内存错误操作； 若否， 则将所述数据发送给用户； 若是， 则利用三取二策略处理三个分区中的数据。 2.根据权利要求1所述的空间单粒子翻转自主容错方法， 其特征在于， 利用三取二策略 处理三个分区中的数据包括： 当主数据块中的数据不同于第一副数据块及第二副数据块中的数据且第一副数据块 及第二副数据块中的数据均未发生EDAC错误时， 根据变量-地址映射表， 获取第一副数据块 及第二副数据块中的数据， 将所述数据发送给用户并用所述数据替换主数据块中的数据。 3.根据权利要求1所述的空间单粒子翻转自主容错方法， 其特征在于， 利用三取二策略 处理三个分。

5、区中的数据还包括： 当主数据块、 第一副数据块及第二副数据块中的数据均不相同且主数据块、 第一副数 据块及第二副数据块中的数据均发生EDAC错误， 则将所述数据发送给用户并用所述数据分 别替换第一副数据块及第二副数据块中的数据。 4.根据权利要求1-3任一项所述的空间单粒子翻转自主容错方法， 其特征在于， 在将所 述数据发送给用户之后， 所述方法还包括： 若用户释放所述数据， 则根据变量-地址映射表， 同时释放三个分区中的数据， 并释放 变量-地址映射表。 5.根据权利要求1所述的空间单粒子翻转自主容错方法， 其特征在于， 所述三块冗余内 存池的大小相同， 在地址分布上具有一定的距离。 6.根。

6、据权利要求1所述的空间单粒子翻转自主容错方法， 其特征在于， 所述数据包括就 绪队列、 阻塞队列、 延时队列中。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111858192 A 2 一种空间单粒子翻转自主容错方法 技术领域 0001 本发明涉及计算机技术领域， 具体涉及一种空间单粒子翻转自主容错方法。 背景技术 0002 在航天领域应用的计算机系统中， 因恶劣太空环境而引起的器件失效是导致计算 机系统可靠性下降或失效的根本原因之一。 0003 空间中的辐射是由太阳系内外各种辐射源发射出的粒子如电子、 中子、 质子等形 成的。 这些粒子通常具有很高的能量， 产生的辐射效应不仅能够引起电子器件的退化， 。

7、而且 还会导致系统失效。 0004 太阳系内外， 各种辐射源产生的辐射主要有两类： 太阳辐射和银河宇宙射线。 太空 中的电子设备所受到的辐射主要来自地球辐射带、 银河宇宙射线、 太阳粒子事件等。 星载系 统容易受到地球电磁场的干扰， 特别是地球带电粒子带(范艾伦辐射带， 其中， 距地表高度 400900km为质子集中地带， 90056000km为电子集中地带)的影响， 而包含大量高能质子 和重离子的太阳耀斑又可以将范艾伦辐射带的影响扩大3个数量级。 此外， 由氢、 镍等重离 子组成的宇宙射线(质子约占85、 a粒子约占13、 重核约占2)辐射能量也很强。 0005 空间环境中粒子的能量与类型相。

8、当广， 航天设备受辐射的影响非常大， 辐射效应 是航天武器型号软件设计及测试验证必须要考虑的首要问题。 0006 根据影响方式不同， 辐射效应大致可分为总剂量积累效应和单粒子效应两大类。 其中， 总剂量积累效应是电子设备长期处于高强度辐照环境下而逐渐老化的一种效应， 而 单粒子效应是指单个的高能粒子导致的电子器件状态改变， 包括位翻转/单粒子翻转、 单粒 子锁定以及单粒子击穿三种不同的效应。 0007 单粒子翻转导致的是瞬时故障， 这种可以通过软件的方法很大程度的避免， 且单 粒子效应中位翻转占大多数， 因此使用软件容错的方法可以很大程度上减少单粒子效应对 航天计算机系统的影响。 现有的用于解。

9、决单粒子效应的技术手段包括： 0008 (1)数据冗余编码： 采用海明码、 循环码等各类校验码对系统关键数据进行编码， 当数据检测出错时进行自动纠错； 0009 (2)内存冗余分配： 将关键数据同时分配到三个内存块用作冗余备份， 数据提取时 通过多个数据块的比对后进行输出； 0010 (3)EDAC内存检错： 通过EDAC服务或加载EDAC内核模块检测内存异常数据， 当检测 出单粒子翻转效应时， 通过系统备份机制进行恢复； 0011 (4)系统级容错： 采用多级系统之间的心跳检测、 状态检测， 当检测出主机出现单 粒子翻转效应时， 进行系统重启， 或者启用备份系统使系统继续正常工作。 0012。

10、 现有技术的主要缺点如下： 0013 (1)执行效率低 0014 采用海明码、 循环码等数据冗余编码进行关键数据的编码与解码， 以及内存冗余 分配的方法进行容错， 均存在执行效率不高的问题； 说明书 1/4 页 3 CN 111858192 A 3 0015 (2)数据隔离性不足 0016 采用内存冗余分配的方法进行数据容错， 存在数据之间的隔离性不足的问题， 包 括无法保证冗余内存池之间的物理地址分布性、 多个任务同时进行冗余内存分配时的数据 竞争等； 0017 (3)容错成本高 0018 EDAC内存检错和系统级容错， 均需要增加硬件成本， 增加了容错成本。 发明内容 0019 为解决现有。

11、技术的不足， 本发明实施例提供了一种空间单粒子翻转自主容错方 法， 该方法包括以下步骤： 0020 根据数据的大小， 为所述数据创建三块冗余内存池； 0021 利用信号量机制， 连续进行三次内存分配操作， 将三块冗余内存池分别分配至系 统的三个分区中； 0022 设定三块冗余内存池中的一块冗余内存池为主数据块， 其余两块冗余内存池为副 数据块， 得到第一副数据块及第二副数据块并将所述数据在三个分区中的存储地址记录在 变量-地址映射表中； 0023 将所述数据依次写入三个分区的数据区域中； 0024 根据变量-地址映射表， 获取主数据块中的数据； 0025 判断是否触发EDAC电路检查内存错误操。

12、作； 0026 若否， 则将所述数据发送给用户； 0027 若是， 则利用三取二策略处理三个分区中的数据。 0028 优选地， 利用三取二策略处理三个分区中的数据包括： 0029 当主数据块中的数据不同于第一副数据块及第二副数据块中的数据且第一副数 据块及第二副数据块中的数据均未发生EDAC错误时， 根据变量-地址映射表， 获取第一副数 据块及第二副数据块中的数据， 将所述数据发送给用户并用所述数据替换主数据块中的数 据。 0030 优选地， 利用三取二策略处理三个分区中的数据还包括： 0031 当主数据块、 第一副数据块及第二副数据块中的数据均不相同且主数据块、 第一 副数据块及第二副数据块。

13、中的数据均发生EDAC错误， 则将所述数据发送给用户并用所述数 据分别替换第一副数据块及第二副数据块中的数据。 0032 优选地， 在将所述数据发送给用户之后， 该方法还包括： 0033 若用户释放所述数据， 则根据变量-地址映射表， 同时释放三个分区中的数据， 并 释放变量-地址映射表。 0034 优选地， 所述三块冗余内存池的大小相同， 在地址分布上具有一定的距离。 0035 优选地， 所述数据包括处于就绪队列、 阻塞队列、 延时队列中的数据。 0036 本发明实施例提供的空间单粒子翻转自主容错方法具有以下有益效果： 0037 通过将关键数据进行跨分区的冗余备份以及互斥锁机制， 可以保证冗。

14、余内存池之 间的地址分布性和数据之间的隔离性， 结合利用EDAC内存异常捕获机制， 提高了容错效率， 降低了容错成本。 说明书 2/4 页 4 CN 111858192 A 4 附图说明 0038 图1为本发明实施例提供的空间单粒子翻转自主容错方法流程示意图； 0039 图2为本发明实施例提供的空间单粒子翻转自主容错方法对应的技术框架示意 图。 具体实施方式 0040 以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。 0041 如图1所示， 本发明实施例提供的空间单粒子翻转自主容错方法包括以下步骤： 0042 S101， 根据数据的大小， 为数据创建三块冗余内存池。 0043 作为本发明一个具体。

15、的实施例， 该数据为操作系统内核数据结构， 包括就绪队列、 阻塞队列、 延时队列等， 用于管理和控制操作系统内核执行的数据， 如果被篡改将会导致严 重后果。 0044 通过操作系统中提供的内存分配接口(首次适应算法)进行冗余内存池的申请， 如 内存空间不够或者申请出错， 则结束所有步骤。 0045 S102， 利用信号量机制， 连续进行三次内存分配操作， 将三块冗余内存池分别分配 至系统的三个分区中。 0046 S103， 设定三块冗余内存池中的一块冗余内存池为主数据块， 其余两块冗余内存 池为副数据块， 得到第一副数据块及第二副数据块并将所述数据在三个分区中的存储地址 记录在变量-地址映射表。

16、中。 0047 作为本发明一个具体的实施例， 如图2所示， 本发明实施例提供的空间单粒子翻转 自主容错方法对应的技术框架包括3个冗余内存池， 其中， 每个冗余内存池对应一个映射地 址。 0048 S104， 将数据依次写入三个分区的数据区域中。 0049 S105， 根据变量-地址映射表， 获取主数据块中的数据。 0050 S106， 判断是否触发EDAC电路检查内存错误操作。 0051 其中， EDAC电路是通过线性分组码实现的， 采用线性分组码实现的纠错检错， 在编 码过程中， 生成待编码信息数据的校验位， 校验位与数据一同存储在存储器中。 在译码过程 中， 将重新对信息数据产生校验位， 。

17、并与编码时产生的数据校验位进行异或运算得到校正 子， 利用校正子定位信息数据的错误， 并对可纠正的错误进行纠正。 0052 S107， 若否， 则将数据发送给用户。 0053 S108， 若是， 则利用三取二策略处理三个分区中的数据。 0054 可选地， 利用三取二策略处理三个分区中的数据包括： 0055 当主数据块中的数据不同于第一副数据块及第二副数据块中的数据且第一副数 据块及第二副数据块中的数据均未发生EDAC错误时， 根据变量-地址映射表， 获取第一副数 据块及第二副数据块中的数据， 将所述数据发送给用户并用所述数据替换主数据块中的数 据。 0056 可选地， 利用三取二策略处理三个分。

18、区中的数据还包括： 0057 当主数据块、 第一副数据块及第二副数据块中的数据均不相同且主数据块、 第一 副数据块及第二副数据块中的数据均发生EDAC错误， 则将数据发送给用户并用所述数据分 说明书 3/4 页 5 CN 111858192 A 5 别替换第一副数据块及第二副数据块中的数据。 0058 可选地， 在将数据发送给用户之后， 该方法还包括： 0059 若用户释放所述数据， 则根据变量-地址映射表， 同时释放三个分区中的数据， 并 释放变量-地址映射表。 0060 可选地， 三块冗余内存池的大小相同， 在地址分布上具有一定的距离。 0061 可选地， 数据包括处于就绪队列、 阻塞队列。

19、、 延时队列中的数据。 0062 本发明实施例提供的空间单粒子翻转自主容错方法， 根据数据的大小， 为数据创 建三块冗余内存池， 利用信号量机制， 连续进行三次内存分配操作， 将三块冗余内存池分别 分配至系统的三个分区中， 设定三块冗余内存池中的一块冗余内存池为主数据块， 其余两 块冗余内存池为副数据块， 得到第一副数据块及第二副数据块并将所述数据在三个分区中 的存储地址记录在变量-地址映射表中， 将数据依次写入三个分区的数据区域中， 根据变 量-地址映射表， 获取主数据块中的数据， 判断是否触发EDAC电路检查内存错误操作， 若否， 则将数据发送给用户， 若是， 则利用三取二策略处理三个分区。

20、中的数据， 保证了冗余内存池 之间的地址分布性和数据之间的隔离性， 结合利用EDAC内存异常捕获机制， 提高了容错效 率， 降低了容错成本。 0063 在上述实施例中， 对各个实施例的描述都各有侧重， 某个实施例中没有详述的部 分， 可以参见其他实施例的相关描述。 0064 可以理解的是， 上述方法及装置中的相关特征可以相互参考。 另外， 上述实施例中 的 “第一” 、“第二” 等是用于区分各实施例， 而并不代表各实施例的优劣。 0065 还需要说明的是， 术语 “包括” 、“包含” 或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的 包含， 从而使得包括一系列要素的过程、 方法、 商品或者设备不仅包括那些。

21、要素， 而且还包 括没有明确列出的其他要素， 或者是还包括为这种过程、 方法、 商品或者设备所固有的要 素。 在没有更多限制的情况下， 由语句 “包括一个” 限定的要素， 并不排除在包括要素的 过程、 方法、 商品或者设备中还存在另外的相同要素。 0066 本领域技术人员应明白， 本申请的实施例可提供为方法、 系统或计算机程序产品。 因此， 本申请可采用完全硬件实施例、 完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的 形式。 而且， 本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存 储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、 光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形 式。 0067 以上仅为本申请的实施例而已， 并不用于限制本申请。 对于本领域技术人员来说， 本申请可以有各种更改和变化。 凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本申请的权利要求范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 111858192 A 6 图1 说明书附图 1/2 页 7 CN 111858192 A 7 图2 说明书附图 2/2 页 8 CN 111858192 A 8 。