随着商用、工业领域嵌入式计算设备性能的快速增长,研发适用于航空航天、军用装备等场合的高性能计算机亦势在必行,与此同时,实际需求对此类设备的可靠性指标依然保持着苛刻的标准,这就需要通过冗余和容错等手段来保障系统的持久可靠运行。本文在充分研究分析冗余容错技术,并结合国外最近流行的SpaceVPX技术,针对其存在的单点故障风险,提出采用基于无中心裁决结构的双模冗余容错方案,主要内容包括以下部分:(1)对常用的冗余容错技术进行研究分析,主要包括硬件冗余和软件冗余,重点分析了近年来新兴的专用于航天领域的SpaceVPX技术,讨论了其不足之处,在此基础上针对可能存在的单点故障风险,提出了改进的基于无中心裁决的双模冗余热备份方案,并从软硬件实现的角度对其中的双机同步、故障检测和仲裁切换等关键技术进行了详细的讨论分析。(2)对所提出的无中心裁决双模冗余热备份方案进行了相应的硬件设计,首先给出了系统总体的设计,在此基础上对处理器模块、SpaceWire控制器模块、同步通信模块以及背板互连方案进行了详细的设计;随后给出了用于无中心裁决的控制逻辑的设计思路和具体的逻辑框图,对逻辑中的模块进行了详细设计,通过仿真验证了控制逻辑的功能性,并给出整个逻辑的综合结果。在完成上述硬件部分设计的基础上,进行了双模冗余热备系统软件部分的设计,给出了系统管理模块和容错管理模块的设计思路和软件的容错设计方法,并在SPE-C集成开发环境下对编辑、编译好的调试程序进行链接、下载和调试工作,验证了单个板级的正常功能。(3)结合可靠性理论和可靠性评估方法中的组合模型方法,对所设计的系统进行建模,并参考电子设备可靠性预计手册评估单个板级的基本失效率,进而对整个系统的可靠度进行估算分析,并与基于有中心裁决的双模冗余系统和三模冗余表决系统的可靠度进行Matlab仿真比较,从理论上论证了所设计系统的高可靠性;最后对整个系统进行软硬件联调,分别从硬件引发故障和软件引发故障的角度进行测试,验证系统在故障时的切换能力。