管脚级故障模型的分析与生成技术的研究

管脚级故障注入技术被广泛应用于容氏系统工程原型的测评试验中,其应用效果直接取决于试验中所采用的管脚级故障模型的精确性。文中首先介绍了一种通用的ＩＣ模型,并一般属于 分析了故障传播过程。然后提出故障映射函数以及用于描述管脚级故障模型的管脚级故障映射函数的概念,并定义了构成管脚级故障模型的３种属性。     

适宜模拟SEU的总线级故障注入技术研究

适宜模拟SEU的故障注入技术是针对空间辐射在微电子器件中诱发单粒子翻转事件的，目的在于验证目标机的容错结构的合理性和容错手段的有效性，提高星上电子设备可靠性。本文从总线级故障注入的原理、故障注入系统结构、故障注入属性设置、故障注入硬件和软件等各个方面进行阐述，采用PCI总线技术、同步总线串行通信技术以及FPGA设计技术实现，并且以目标星载计算机、故障注入系统构建了测试验证环境，通过实践证明该故障注入原理的可实现性和可操作性。基于总线级的故障注入具有非破坏性、安全性、智能可配置和操作简单等特点，对于采用插装存储器的星载计算机系统，具有较高的应用价值。     

软错误评估中仿真故障注入平台的理论模型

提出了仿真故障注入系统的七元组描述的统一理论模型,指导用于软错误敏感性评估的仿真故障注入系统的设计与实现.结合七元组模型给出了仿真故障注入系统中关键部分的设计方法,包括实现自动化故障注入的一般方法、基于LL(k)语法分析技术的故障集生成方法、基于检查点恢复和分层抽样的仿真故障注入加速策略等.同时,以电路级软错误敏感性评估平台HSECT-SPI(HIT soft error characterization toolkit-spice based)为例讨论了七元组模型的可行性和有效性.     

基于Simics的系统级故障注入平台

故障注入技术是评价系统可靠性的有效方法。现有基于仿真的故障注入平台大多基于现场可编程门阵列或超高速集成电路硬件描述语言实现,对故障模型的支持非常有限。为此,基于Simics结构级模拟器,设计并实现系统级硬件故障注入平台。该平台上层支持不同固件、操作系统以及应用程序,底层支持对处理器典型流水部件的故障注入,同时实现瞬时故障、永久故障和间歇故障模型以及其他较全面的故障类型,并将一组系统级故障检测机制集成入平台中。实验通过监测硬件故障在系统级的传播,对比分析了故障对不同部件造成的系统级影响,结果表明,瞬时故障对系统影响较小,永久故障容易引起系统失效,间歇故障对各部件有不同程度的干扰作用。     

基于QEMU实现的处理器类故障模拟与注入方法研究

故障注入技术在BIT软件测试中是一种有效的手段。针对电路板级BIT软件测试中遇到的问题,介绍了一种基于开源模拟器QEMU实现的处理器类故障模拟方法。采用该方法对多种处理器故障进行仿真建模,通过对QEMU的扩展开发,加入故障行为模拟模块和故障注入模块,以实现一个具有处理器类故障注入功能的系统级模拟器BitVaSim。首先分析处理器功能故障模式,提取故障的关键字值对,用XML Schema定义故障并用于故障建模;其次对QEMU代码进行二次开发以实现对处理器故障行为的模拟;然后通过配置故障注入接口实现模拟器运行时的故障模式匹配、故障按条件触发等功能;最后通过实验案例来观察模拟器的故障表现,评价这种基于模拟器的故障注入技术。实验过程和结果显示这种方法是有效可行的。     

基于QEMU实现的处理器类故障模拟与注入方法研究

故障注入技术在BIT软件测试中是一种有效的手段。针对电路板级BIT软件测试中遇到的问题,介绍了一种基于开源模拟器QEMU实现的处理器类故障模拟方法。采用该方法对多种处理器故障进行仿真建模,通过对QEMU的扩展开发,加入故障行为模拟模块和故障注入模块,以实现一个具有处理器类故障注入功能的系统级模拟器BitVaSim。首先分析处理器功能故障模式,提取故障的关键字值对,用XML Schema定义故障并用于故障建模;其次对QEMU代码进行二次开发以实现对处理器故障行为的模拟;然后通过配置故障注入接口实现模拟器运行时的故障模式匹配、故障按条件触发等功能;最后通过实验案例来观察模拟器的故障表现,评价这种基于模拟器的故障注入技术。实验过程和结果显示这种方法是有效可行的。     

基于软件故障注入的容错性能评测技术

软件故障注入是评测复杂的分布式、网络等容错系统的重要手段，可以按照故障注入触发时间、故障注入触发方法分类。本文比较了目前的故障注入实验，分析了软件故障注入工具及其故障注入方法，并提出基于Windows2000系统的双机网络容错系统评测方法。     

基于模型的软件接口故障注入测试平台技术

针对软件接口类型多、接口故障注入自动控制复杂的困难以及目前缺少有效的软件接口故障注入工具现状,对软件故障注入中的交联接口故障注入技术展开研究,提出了一种基于模型的软件接口故障注入测试平台技术。通过交联接口测试可视化建模和接口故障注入算子设计,自动生成XML 格式的测试用例,并且通过基于XSLT的脚本自动化生成与执行技术实现测试的控制与执行。故障注入测试主机与接口故障注入器网络连接,接口故障注入器将接口故障数据转换成以太网、串口或CAN网络数据注入到被测软件中,并返回被测件输出数据到测试主机实现测试数据收集与判断。基于模型的软件接口故障注入测试平台具有较强的通用性与易用性,提高了接口故障注入测试的效率,降低了接口测试的成本。     

基于VHDL的故障注入工具的研究

基于VHDL的故障注入技术是一种验证系统可信性的有效方法,构造基于VHDL的故障注入工具是故障注入研究的一个重要组成部分.对基于VHDL的故障注入技术进行了研究,详细描述了该故障注入工具的结构和主要模块功能,并进行故障注入实验,分析和计算故障的激活率、探测率、恢复率.故障注入工具可用于对中等复杂度的VHDL模型进行故障...     

Simics环境下故障注入的研究与实现

主要论述了在Simics全系统仿真环境下,对Vx Works嵌入式操作系统的串口故障注入以及网络故障注入的相关研究。Simics允许开发者根据需求自定义处理器、存储器、板级硬件和复杂网络系统等任意规模的硬件目标设备模型。运行在真实硬件目标设备上的底层软件、中间层软件和上层软件完全不用修改即可运行在自定义的Simics硬件目标设备模型上。因此,Simics不仅能够进行仿真硬件级的故障注入,同时还可以全面地检测软件的运行状态。     

基于多信号模型的故障诊断策略设计

对基于多型号模型的故障诊断策略设计进行了深入研究，介绍了多信号模型的定义和表示，提出了在单故障假设及不考虑组成单元可靠性、测试时间和测试费用影响下的故障检测用测试和故障隔离用测试优选算法以及故障诊断策略制定方法，并结合示例说明了诊断策略的设计过程；文中所提出的诊断策略设计方法能够以尽可能少的测试完成故障检测和隔离，按此方法设计的诊断策略具有自适应特性，适用于各类系统和设备的测试性分析与设计和故障诊断。     

不确定奇异时滞系统的鲁棒H∞故障诊断滤波器设计

研究一类受参数不确定性和干扰影响的奇异时滞系统鲁棒故障诊断滤波器设计问题. 把基于观测器的故障诊断滤波器作为残差产生器, 将故障诊断滤波器设计归结为H∞滤波问题, 使产生的残差信号即为故障的H∞估计, 给出了鲁棒H∞故障诊断滤波器存在的充分条件, 并利用锥面互补线性化迭代算法得到了故障诊断滤波器设计的线性矩阵不等式求解方法. 算例验证了算法的有效性.     

BIT试验中VME总线故障注入设备控制单元设计

针对航空电子设备BIT(机内测试)试验,设计了一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的VME总线故障注入设备。该设备的控制单元用于完成故障注入设备的总体控制,是实现故障注入任务的关键。详细分析了VME总线故障注入设备的总体框架,给出了VME总线故障注入设备控制单元的设计方案,包括详细的软、硬件设计方法以及该系统的工作流程,并通过测试工具验证了控制单元设计和功能的正确性。最后,讨论了BIT试验中故障注入技术应用未来研究工作的开展方向。     

时滞系统基于对偶原理的故障诊断

研究时滞系统中含有执行器故障和传感器故障情况下的故障诊断方法,提出一种基于对偶原理的故障诊断器的设计方法.首先将故障状态转化为增广系统的状态,然后利用对偶原理将基于观测器的故障诊断器的设计问题转化为状态反馈控制器的设计问题.根据不同的要求,分别设计了渐近稳定的故障诊断器和保性能故障诊断器.利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式技术,实现了系统的实时在线故障诊断.仿真结果证明了该方法的可行性和有效性.     

一种鲁棒故障检测与反馈控制的最优集成设计方法

研究线性不确定系统的反馈控制器与鲁棒故障检测滤波器集成设计问题.基于新提出 的性能指标函数,将鲁棒故障检测滤波器设计问题归结为最优化问题,通过求解Riccati方程可 得到鲁棒故障检测滤波器设计问题的最优解.在共用同一状态观测器的情况下,将反馈控制器 和鲁棒故障检测滤波器的集成设计问题归结为两目标优化问题,解决了同时满足闭环控制系统 设计要求和故障诊断系统鲁棒性能的最优集成设计问题.简例验证了提出算法的有效性.     

Fault detection and identification—A filter investigation

This paper develops a new active fault‐tolerant control system based on the concept of analytical redundancy. The novel design presented here consists of an observation filter–based fault detection and identification system integrated with a nonlinear model predictive controller. A number of observation filters are designed, integrated with the nonlinear controller, and tested before reaching the final design, which comprises an unscented Kalman filter for fault detection and identification together with a nonlinear model predictive controller to form an active fault‐tolerant control system.     

计算机控制系统的容错技术

计算机控制系统的可靠性设计是实现柔性智能控制所面临的一个重要课题，而容错技术是系统可靠性设计的关键技术。本文在分析计算机系统可靠性设计的基础上，综述了容错技术的发展、研究的主要内容及实现的主要方法，对常用的几种容错结构进行了比较和评价。指出了对计算机系统进行容错设计必须解决的主要问题。     

Fault tolerance in co-evolutionary communication of EHW modules

Evolvable Hardware (EHW) is a new concept that applies evolutionary algorithms to hardware design. Based on previous work on co-evolutionary communication of EHW modules, this paper investigates the new feature of fault tolerance for this model. A fault model is built for the communication line between EHW modules. The experiment demonstrated in the presentation is the simulation of injecting stuck/bridging faults into an EHW-based serial adder that has been previously developed. The outcomes imply an outstanding feature of fault tolerance in this system with 100% fault coverage, which paves the way for bio-inspired approaches to fault tolerant design instead of the classic ones.     

An LMI approach to design robust fault detection filter for uncertain LTI systems

In this paper, the robust fault detection filter design problem for uncertain linear time-invariant (LTI) systems with both unknown inputs and modelling errors is studied. The basic idea of our study is to use an optimal residual generator (assuming no modelling errors) as the reference residual model of the robust fault detection filter design for uncertain LTI systems with modelling errors and, based on it, to formulate the robust fault detection filter design as an H_∞ model-matching problem. By using some recent results of H_∞ optimization, a solution of the optimization problem is then presented via a linear matrix inequality (LMI) formulation. The main results include the development of an optimal reference residual model, the formulation of robust fault detection filter design problem, the derivation of a sufficient condition for the existence of a robust fault detection filter and a construction of it based on the LMI solution parameters, the determination of adaptive threshold for fault detection. An illustrative design example is employed to demonstrate the effectiveness of the proposed approach.     

基于事件触发的故障诊断与动态调节集成设计

本文发展了一种事件触发采样与更新检测机制、故障诊断及调节的集成设计框架.事件触发技术不仅用于传感器端,同时也用于容错控制器端.所设计的故障诊断观测器能够应用基于事件触发的非均匀采样输出同时估计故障和系统状态,基于所获得的状态和估计信息,构造事件触发更新检测器和动态容错控制器,进而借助于增广系统方法来集成设计两个事件触发检测器、故障诊断观测器和容错控制器,以保证故障系统的性能,同时尽可能的降低传感器、控制器、执行器三者之间的信息传输频率.仿真实例验证了所提方法的可行性和优越性.