高可靠性单片机冗余系统设计是为了提高系统的可靠性和容错性，以确保系统在出现故障时仍能正常运行。以下是一种常见的高可靠性单片机冗余系统设计：

主备切换设计：系统中使用两个单片机，一个作为主控单片机，另一个作为备用单片机。主控单片机负责正常的系统运行，备用单片机处于待机状态。当主控单片机故障或失效时，备用单片机会立即接管系统的控制。

心跳检测：主备单片机之间通过一个心跳信号进行通信。主单片机周期性地发送心跳信号给备用单片机，备用单片机接收到心跳信号后，会发送确认信号回复给主单片机。如果主单片机连续若干次没有收到备用单片机的确认信号，即认为备用单片机发生故障，主单片机会启动备用单片机接管系统。

时钟同步：主备单片机之间需要保持时钟同步，以确保数据的一致性。可以使用专门的时钟同步电路或者软件算法来实现时钟同步，保证主备单片机的时钟精度和一致性。

状态监测：系统中需要设计相应的监测电路或软件算法，实时监测主备单片机的状态。例如，监测单片机的供电电压、温度、运行状态等。如果检测到主单片机发生故障或异常，备用单片机会接管系统。

自动切换和恢复：一旦备用单片机接管系统，需要确保系统能够平稳过渡，并尽快恢复到正常工作状态。可以通过自动切换电路和相应的恢复算法来实现。

故障诊断和报警：系统中可以加入故障诊断和报警功能，当发生故障时能够及时发出警报，并提供故障诊断信息，方便维修和检修。

综上所述，高可靠性单片机冗余系统设计通过主备切换、心跳检测、时钟同步、状态监测、自动切换和恢复等措施，提高系统的可靠性和容错性。这种设计适用于对系统可靠性要求较高的应用场景，如航空航天、医疗设备等。