Bitstream decoding and SEU-induced failure analysis in SRAM-based FPGAs

Reconfigurable SRAM-based FPGAs are highly susceptible to radiation induced single-event upsets (SEUs) in space applications.The bit flip in FPGAs configuration memory may alter user circuit permanently without proper bitstream reparation,which is a completely different phenomenon from upsets in traditional memory devices.It is important to find the relationship between a programmable resource and corresponding control bit in order to understand the impact of this effect.In this paper,a method is proposed to decode the bitstream of FPGAs from Xilinx Corporation,and then an analysis program is developed to parse the netlist of a specific design to get the configuration state of occupied programmable logic and routings.After that,an SEU propagation rule is established according to the resource type to identify critical logic nodes and paths,which could destroy the circuit topological structure.The decoded relationship is stored in a database.The database is queried to get the sensitive bits of a specific design.The result can be used to represent the vulnerability of the system and predict the on orbit system failure rate.The analysis tool was validated through fault injection and accelerator irradiation experiment.     

SER-Tvpack:基于软错误率评估的SRAM型FPGA的装箱算法

为了提高基于SRAM的FPGA(SFPGA)上的容软错误能力,提出了一种基于软错误率(soft error rate,SER)评估的装箱算法SER-Tvpack.通过结合软错误率的两个组成部分错误传播率(error propagation probability,EPP)和节点错误率(node error rate,NER),得到软错误评估标准SER的估算值,并将该值作为可靠性因子加入到代价函数中指导装箱过程,以减少装箱后可编程逻辑块(configuration logic block,CLB)之间互连的软错误率,从而提高设计的可靠性.对20个MCNC基准电路(最大基准电路集)进行实验,结果表明,与基准时序装箱算法T-Vpack及已有的容错装箱算法FTvpack相比较,软故障率分别减少了14.5%和4.11%.而且,与F-Tvpack比较,在仅增加0.04%的面积开销下,减少了2.31%的关键路径的时延,提供了较好的时序性能.     

基于双核锁步的多核处理器SEU加固方法

以单粒子翻转为代表的软错误是制约COTS器件空间应用的主要因素之一;为了满足空间应用对高集成卫星电子系统抗辐照防护的要求,提出了一种面向通用多核处理器的单粒子翻转加固方法,通过软件层面双核互检,在不额外增加硬件开销的前提下,充分提高了COTS器件的可靠性,具有良好的可移植性和较强的工程实用价值;进行软件故障注入实验,在程序执行的关键节点注入错误信息,验证该双核互检方法实用性;实验结果表明双核互锁方法可以100%检测出系统中产生的单粒子翻转,抗软错误能力满足应用需要。     

TMR故障注入与验证方法研究与实现

从系统验证和FPGA物理原型验证两个方面,分析了TMR结构的注错方式及其验证方法;通过在TMR结构中嵌入注错逻辑,并将所有组TMR寄存器的注错控制信号统一命名,作为系统的输入,根据随机生成的注错信息,索引对应的TMR寄存器,可实现向对用户透明的任意TMR组中注错;将每组TMR寄存器的参考点和观测点引到设计的顶层统一命名,作为待测系统的输出,可适时观测对应TMR寄存器组的注错情况,分析故障电路的行为;为了解决调试机与FPGA板连接的引脚数受限的问题,特别设计了注错控制器和故障收集器;根据具体的注错情况,可编写对应的测试程序,验证设计的正确性,实验结果表明,SOC系统的错误故障率约占18.6%;为系统的可靠性评估提供了依据。     

基于FPGA的弹箭多种通讯总线故障注入和自动诊断系统的设计与实现

摘 要：在弹箭研制过程中需要对弹箭制导控制部件进行故障注入,模拟弹上总线通讯故障,进行研究性测试;并对总线通讯质量进行测试验证,提出一种面向弹箭的多种类型总线故障注入和自动诊断系统。故障注入器为制导控制部件提供多种类型总线信号的物理层的断路故障注入、短路故障注入、串行阻抗故障注入、并行阻抗故障注入。设计了基于FPGA的体系架构,构建了测试系统。论述了故障注入、诊断系统的工作原理、系统体架构和硬件设计、并阐述了故障注入、故障诊断方法实现。试验表明该诊断系统通过故障注入,能够模拟物理线路中的一些故障,对系统的稳定性和鲁棒性进行检测;并实时分析多种总线的各种电气特性和协议层,对弹箭联试测试过程中的总线通讯自动全面评价,并给出定量测试分析结果的诊断报告。     

PCI总线故障注入器的研究与设计

为了评测计算机系统及其外设的可靠性,研究了PCI总线的拓扑结构和电气规范,分析了传统硬件嵌入式故障注入方法在PCI总线上的局限性,提出了一种新的基于PCI-to-PCI桥接IP(intellectual property,知识产权)核和FPGA技术的嵌入式故障注入方案,解决了PCI总线故障注入中的时延难题,可以向总线上的主设备和从设备注入多种类型的故障.设计了故障注入器的硬件结构和FPGA逻辑,分析了开发PCI故障注入器时需要注意的问题.针对一个典型的PCI外设进行了故障注入实验,结果表明,该方案是可行的,其功能满足设计要求.     

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。     

基于MFC的故障维修专家系统设计与实现

针对现代工业机械设备维修的复杂性,根据设备的故障现象、故障原因、故障排除的原理,结合以往维修人员的经验,采用Access数据库构建树状结构进行节点管理与节点消息响应,从而实现故障信息管理和故障信息提取。运用C＋＋语言和面向对象的方法实现了人机交互界面,开发出设备故障维修专家库系统。实际应用表明,该系统提高了维修人员的维修效率、减少了人力成本,为实际维修提供参考和指导。     

网络中的常见故障诊断及分析

随着科技创新,互联网技术的水平不断提升,计算机网络故障的发生愈发频繁.网络故障是指由于硬件、软件的问题、或者病毒的入侵等而导致网络的故障,阻碍了网络工作的正常运行,给人们带来了很大的不便.为了解决网络故障给我们带来的问题,我们可以学习有关网络故障的一些基础知识,通过对它的了解,能基本解决相关问题,确保计算机的正常使用.     

应用EMD熵和ReliefF分析高铁横向减振器故障

横向减振器是转向架的关键部件,其作用是衰减车体与转向架间的振动,其性能对列车的舒适性和安全性有重要影响。横向减振器的故障会引起列车车体振动信号的变化,为了能对其进行性能监测和故障诊断,提出一种基于EMD排列组合熵和ReliefF的特征分析方法。先对预处理过的信号进行EMD分解,后对得到的若干个包含主要故障信息的本征模式函数求解熵值,最后用ReliefF对6阶本征模式函数熵值构成的特征矢量进行优化降维,对降维后的特征用支持向量机对四种工况进行分类识别。实验结果表明,对运行速度200 km/h及以上时的平均识别率可以达到96%以上。     

导航系统BCH码软判决译码方案与实现

为提高卫星导航系统中电文BC H码判决译码增益,利用BC H码的结构性质,设计一种低复杂度软信息译码方案。通过算法级仿真计算,兼顾性能与运算量,选择一套适用于卫星导航系统信息软译码的参数,进行硬件实现。实际验证结果表明,该方案的硬件规模变大,但在可接受范围之内,软信息译码在增加较少复杂度的情况下,译码性能获得了较大提升。     

DSP与FPGA协同全景成像中用逆向波形分析实现双核DMA通信

提出基于逆向波形分析的方法,实现DSP与FPGA之间的双核DMA通信,用于满足高分辨率、实时折反射全景成像双核嵌入式系统中DSP与FPGA之间全景图像数据高速传输的需要。其原理是：运用逆向工程思想对传统DMA操作进行波形分析,并根据波形分析结果实现DSP和FPGA的双核DMA数据传输。实验表明,所提出的双核DMA通信方法,DSP与FPGA之间的数据传输速度最高达4.704Gbps（即588MBps）。     

A perceptual computing-based method to prioritize failure modes in failure mode and effect analysis and its application to edible bird nest farming

A failure mode and effect analysis (FMEA) procedure that incorporates a novel Perceptual Computing (Per-C)–based Risk Priority Number (RPN) model is proposed in this paper. The proposed model considers linguistic uncertainties and vagueness of words, because it is more natural to use words, instead of numerals, for an FMEA user to express his/her knowledge when he/she provides an assessment. Therefore, it is important to consider the inherited uncertainties in words used by humans for assessment as an additional risk factor in the entire FMEA reasoning process. As such, we propose to use Per-C to analyze the uncertainties in words provided by different FMEA users. There are three potential sources of risks. Firstly, the risk factors of Severity (S), Occurrence (O), and Detection (D) are graded using words by each FMEA user, and indicated as interval type-2 fuzzy sets (IT2FSs). Secondly, the relative importance of S, O, and D are reflected by the weights given by each FMEA user in words, which are indicated as IT2FSs. Thirdly, the expertise level of each FMEA user is reflected by words, which are expressed as IT2FSs too. The proposed Per-C-RPN model allows these three sources of risks from each FMEA user to be considered and combined in terms of IT2FSs. A case study related to edible bird nest farming in Borneo Island is reported. The results indicate the effectiveness of the proposed model. In summary, this paper contributes to a new Per-C-RPN model that utilizes imprecise assessment grades pertaining to group decision making in FMEA.     

远程故障诊断终端的数据压缩技术研究与实现

为了解决挖掘机远程故障诊断系统终端因采集到的数据量巨大,而无法实时有效地传输到远程故障诊断中心的问题,研究了各种无损数据压缩方法。结合硬件资源的特点,应用Hash查找字典的方法对LZW压缩算法进行了改进,提高了数据压缩的速度,并且在FPGA上实现。仿真表明,在压缩率几乎相等的情况下,硬件实现比软件实现在压缩速度上得到了极大提高,从而使故障诊断的实时性得到了保证。     

Reliability of data processing and fault compensation in unreliable arithmetic processors

In logical circuits, like arithmetic operations in a processor system, arbitrary faults become a more tremendous aspect in future. Modern manufacturing processes lead to less reliability and higher vulnerability of software execution to soft-errors. The correctness of certain results is important especially for safety–critical applications whose reliability depends on the fault-free execution of each single instruction and the dependencies between them. The more complex a software is the more unreliable the outcome is. But, there is a contrary effect. If the probability for multiple faults increases, there is also the chance that two faults compensate each other and the result is correct again. This paper presents the basic ideas for such a reliability evaluation of a software's data flow with arbitrary soft-errors and the effect of fault compensation. Further, this evaluation provides a possibility to compare different implementations of a data flow with respect to the reliability. This is shown by the comparison of two different error codes as alternatives for coded data processing.     

Mathematical modelling and analysis of generalised interline power flow controller: an effect of converter location

In this paper, a detailed power injection modelling and analysis of one of the latest Convertible Static Controllers namely, Generalised Interline Power Flow Controller is presented. This model is incorporated in the conventional Newton-Raphson load flow to analyze the effect of the device on system parameters. The effect of series and shunt converters' location is identified by placing the device either at respective sending ends or receiving ends of the transmission lines. The effect of device and its location is analysed on standard IEEE-30 bus test system.     

高校校园网故障分析与网络维护

本文基于我校的校园网整体构架和认证计费策略,提出了在各类网络故障维护过程中,本着先软件后硬件、先本机后网络的原则,从软件类故障和硬件类故障两个大的方面进行分析和排查,确定各类故障的定位和解决办法。     

SFT中的因素作用路径与作用历史

为了描述SFT中系统或元件在不同工作环境状态下经历变化的特征,提出了因素作用路径和作用历史的概念。作用路径描述系统或元件在不同工作状态变化过程中所经历状态的集合。作用历史描述经历作用路径过程中的可积累状态量。给出使用作用路径和作用历史分析问题的步骤。列举一例子,计算在设定条件下的元件维护成本。计算作用路径分别为AB和ACB两种,作用历史中使元件故障概率等于20%的维护成本,该维护成本是通过调整使用时间t和使用温度c产生的。最后给出以实例为背景的作用历史计算方法的不足、面临的问题和可能的解决方法。     

NTRU中间距失败的概率分析及其影响

NTRU是一种极有发展潜力的公钥密码体制,然而它的解密机制是不完善的,可能出现合法密文无法解密的现象,这严重影响了该体制的安全性.间距失败是导致解密失败的一个重要原因,对此,在p=2相关多项式均为系数为0或1的二元多项式条件下,讨论了卷积系数的弱线性相关性,在此基础上对间距失败的概率计算进行了介绍和分析,得到了相关的计算公式,并介绍了一种利用间距失败对NTRU的攻击方法.     

基于ICA-PCA的化工流程仪表故障诊断

传统的多元统计过程控制(MSPC)的故障诊断方法要求观测变量数据服从高斯分布,然而实际化工流程中的仪表数据中难以满足这一要求。针对这一问题,提出在仪表数据中提取分离出非高斯信息和高斯信息,并分别利用独立元分析法和主元分析法建立不同的故障诊断模型。在检测到发生故障后,通过改进的贡献度算法定位出发生故障的仪表。通过对Tennessee Eastman(TE)过程数据进行仿真研究,验证了ICA-PCA故障诊断法在化工流程仪表不同故障诊断中的有效性。