题目：基于RTEMS的容错操作系统的设计与实现

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，在容错领域已经进行了大量的研究，容错技术在原子能工业、航天、航空以及金融、通信等诸多领域得到了广泛的应用。 近年来，我国铁路事业迅猛发展，列车的速度不断提高。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。然而，中国还没有完全自主知识产权的ATC系统。 正是在这样的背景下，我们展开了列车自动控制系统的研究工作。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，因此ATC系统必须是拥有极高可靠性的容错系统。为了达到ATC所要求的高可靠性，设计了一个2乘2取2冗余容错计算机系统。该系统是一个基于硬件冗余的由软件实现的冗余容错系统，需要有专门的软件对容错系统进行管理。一般的做法是，需要用户根据所需的冗余、容错控制方案，编写专用的容错管理软件，增加了用户的工作量，不利于系统的可靠性和软件的可移植性。本文构建了一个基于2乘2取2冗余容错体系结构的容错操作系统，完成与底层容错有关的工作，以简化上层应用程序的开发和移植。本论文主要对基于RTEMS的容错操作系统的设计与实现进行了介绍。该容错操作系统基于成熟的嵌入式实时操作系统开发，具有实时性强、任务透明、易于移植的优点，保证了列车自动控制系统的可靠性。论文首先描述了课题研究的应用背景和列车自动控制系统的整体方案，介绍了容错技术和容错操作系统的概念及发展情况，阐述了论文研究的内容和要达到的目标；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，简要介绍了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所适用的2乘2取2冗余容错计算机的体系结构，根据论文的研究目标，设计了容错操作系统的结构；接下来以模块为单位，对系统的设计和实现进行了描述，详细介绍了容错操作系统中的核心问题——同步和故障管理；介绍了Bootload的开发，给出了一种对容错功能进行测试的方案；最后，总结了设计和实现容错操作系统的经验和体会，对进一步的工作提出了建议。