案例分析题

博学公司最近签订了一份控制系统软件的研制合同。合同技术要求如下：
①本控制系统的软件运行平台拟采用嵌入式实时操作系统，控制系统的工作周期为10ms，要求控制软件能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出。
②为了提高整个系统的可靠性，控制系统采用容错处理，即用两个相对独立的计算机承担相同的工作，通过交叉对比，实现控制的双余度管理；当任何一台计算机出现故障时，系统可以进行单余度控制。系统结构如图12-21所示。

③在10ms工作周期内的时间分配如表12-15所示。

公司总工程师将本项任务交付给项目主管李工程师实施，要求李工按双方合同要求完成本项目的策划、需求分析和方案设计工作，重点强调系统的可靠性要求，并特别提示：目前比较流行的嵌入式操作系统普遍采用可抢占式优先级调度策略，不能满足用户关于"能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出"的要求。

李工接到任务后，认为本项目比较简单，很快就安排3名技术人员分别负责数据采集/输出模块、数据处理模块和比较监控模块的编写。总工程师听到汇报后，认为李工的方案和安排不妥，理由是李工忽视了系统的可靠性要求，对系统需求的理解不够深入。为实现系统关于可靠性方面的需求：
①你认为在组织结构、人员分工、设计开发等方面应做出哪些安排和规定？
②请写出关于余度表决算法的考虑。

问答题为了防止系统故障的蔓延，解决应用进程间的相互影响，在超线程技术的多核结构需要选择一种嵌入式操作系统作为本高性能嵌入式计算机系统的运行环境，请用200字以内的文字说明选择的操作系统应具备哪些主要功能。

问答题在本项目中，如果计算机采用了多线程技术实现应用程序的并发操作，程序设计人员将面临多种挑战，其主要原因在于：程序会同时发生多个动作，对这些同时发生的动作及它们之间的交互进行管理将面临4方面的挑战，即同步、通信、负载均衡和可伸缩性，用200字以内的文字对上述4种挑战进行简要描述，并给出如表12-14所示的常用并发程序设计模式的分解方式。

问答题王工提出，根据用户要求，本嵌入式系统应具有高速并行处理能力，采用多处理器结构比较适合，主要理由是多处理器结构设计简单、可支持多个进程在不同处理器上并发处理：而张工提出，必须分清 多处理器结构 与 多核结构 的优点和缺点，多处理器结构虽然支持多进程的并发处理，但没有直接实现多线程并发执行；多核结构可以直接实现多线程并发执行。要提高应用的并行性就必须利用多个硬件资源的并行工作，建议采用超线程技术的多核结构的处理器。请填写图12-20（f）中的（1）～（8），并用300字以内的文字对上述6种处理器结构的工作原理进行简要描述。

问答题请给出检错技术的优缺点，并说明检测技术常见的实现方式和处理方式。

问答题请解释李工提出的动态冗余和N版本程序设计技术，给出如图12-18所示模块M2采用如图12-19所示的动态冗余技术后的可靠度。