● 摘要
容错技术随着计算机可靠性需求而产生，随着关键应用的普遍而发展，过去的二十多年中，在容错方面已经进行了大量的研究，并在原子能工业领域、航天、航空领域以及金融、通信等诸多领域得到了广泛的应用。 近年来，我国铁路事业发展迅猛，经过五次大提速后，列车的最高时速已经达到了每小时160公里。即将实现的第六次大提速，将使部分干线列车的运行时速提高到每小时200公里以上。世界上很多国家的城际铁路和地铁系统都使用了ATC系统（列车自动控制系统），时速高于每小时300公里的高速铁路更是全部采用了ATC系统。要想制造拥有全部自主知识产权的高速铁路系统，就必须拥有我们自己的ATC系统。铁路是国民经济的大动脉，它关系到人民群众的生命财产安全，其ATC系统必须拥有极高的可靠性。 正是在这样的背景下，我们展开了列车自动控制系统（ATC）运行的可靠性平台研究工作。在该研究中，作者主要负责的是软件部分的工作，就是构建一个基于三模冗余硬件体系结构上的容错操作系统（FTOS），本论文的内容就是介绍了作者如何设计和实现了基于RTEMS操作系统开发的容错操作系统——FT-RTEMS。该系统基于成熟的嵌入式实时操作系统开发，具有可靠性高、透明性强、提供多种故障管理策略的优点。论文首先介绍了容错操作系统和三模冗余的概念及发展情况，描述了课题研究的应用背景，阐述了论文研究的内容；接下来介绍并分析了国内外一些典型的容错操作系统，阐述了作者设计的容错操作系统的基本方案，简要说明了RTEMS和选择其作为基础平台的原因；然后，介绍了作者设计的容错操作系统FT-RTEMS的结构，任务划分和其适用的硬件平台；其次，比较了几种使用CAN总线实现通讯的模式，选定了最佳方案；对传送的数据进行了分析，制定了传输数据的格式和缓冲管理的策略；对FT-RTEMS任务级同步的方法进行了描述；介绍了FT-RTEMS中容错管理的机制和系统重构的方法；最后，总结了设计和实现FT-RTEMS的经验和体会，对进一步的工作提出了方向和具体措施。