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基于COTS的星载计算机硬件容错体系架构设计与实现的开题报告
一、设计背景
随着卫星通讯技术不断发展，卫星在各个领域的应用越来越广泛，而卫星计算机作为卫星载荷控制和数据处理的核心设备，其可靠性、稳定性和安全性显得尤为重要。在卫星任务执行过程中，存在多种导致计算机故障的因素，如高辐照、高温度、高压力等，这些都可能会影响到卫星的正常运行，从而导致任务失败。因此，设计一种基于COTS的星载计算机硬件容错体系架构可以在一定程度上确保卫星的安全和稳定，保证卫星的顺利执行任务。
二、设计目标
本设计的目标是构建一种基于COTS（CommercialOff-The-Shelf）的星载计算机硬件容错体系架构，该体系架构能够有效解决卫星高辐照、高温度等环境因素对计算机带来的影响，提高卫星计算机的可靠性、稳定性和安全性，为卫星运行提供保障。
三、设计方案
1.系统架构设计
本体系架构采用模块化设计，主要分为核心模块、控制模块、存储模块、接口模块等四个模块。其中，核心模块包括处理器和内存模块，对计算机的运算和存储进行保障；控制模块包括电源模块、时钟模块，在保障计算机正常工作的同时提供稳定的电源和时钟信号；存储模块包括固态硬盘和闪存，提供数据存储和备份；接口模块包括串口、以太网口等，提供与外界的通信接口。
2.硬件选型
本体系架构采用COTS硬件，即基于市场上常用的计算机硬件。分别选用了IntelCorei7、Kingston4GBDDR4内存、Toshiba512GB固态硬盘和Samsung闪存等常规硬件组成计算机核心模块和存储模块。同时选择了适合卫星环境的控制模块和接口模块，具体选择可以根据不同卫星的需求进行调整。
3.容错机制设计
本体系架构采用多重容错机制，包括完全冗余、备份运算、电源监控等。完全冗余指采用双机热备或三机热备等完全冗余方案；备份运算指备份处理器和内存模块等，可在主计算机发生故障时快速切换到备份计算机；电源监控可监测电源状态，当出现异常时能够及时切换到备用电源。
4.软件设计
本体系架构的软件设计主要包括实时操作系统的选用和应用程序的修复。选择一款适合于卫星环境的实时操作系统，以保证计算机可以及时响应任务指令；应用程序的修复可以通过备份程序或纠错码技术实现。
四、实现方案
在实际实现中，需要进行如下步骤：
1.按照上述设计方案选取相应的硬件和软件，进行搭建和测试。
2.进行卫星环境模拟实验，测试设备的耐辐照性、抗温性等各项指标。
3.针对模拟实验中出现的问题进行调整和优化，确保设备的稳定性和可靠性。
4.进行真实卫星环境测试，测试设备的数据处理效率、信号传输可靠性等性能指标。
5.对测试结果进行分析，进一步进行优化和升级，提高系统的质量和性能。
五、预期成果
通过设计和实现基于COTS的星载计算机硬件容错体系架构，能够有效提高卫星计算机的可靠性、稳定性和安全性，为卫星任务的正常执行提供保障。同时，该设计方案的通用性较强，可以在不同的卫星载荷控制和数据处理领域得到应用，并可根据需求进行灵活调整和定制。