软件中的错误传播分析

错误传播是分析可靠性系统不确定性中的一基本问题,可用于发现系统中最易受到错误攻击的部分及各部分之间的相互影响.分别在信号和模块级别上研究了错误在软件中的传播过程,并定义了描述此过程的参数及其计算方法,其中首次提出了模块泄漏率和活动率的概念并给出了计算方法;然后把该错误传播分析框架应用于某卫星光纤陀螺捷联航姿控制系统上.通过故障注入实验确定了其中的分析参数,验证了提出的错误传播框架的可行性与正确性.     

高效的部分冗余容错编译:复制错误流关键子图

传统的容错编译通常复制所有的计算并且使用完全冗余的存储单元来保证容错.这种完全冗余在存储空间和性能上的开销都是相当大的.在错误流分析的基础上提出错误流图的关键子图的概念以及通过关键结点和关键路径生成关键子图的方法,并设计了通过复制错误流关键子图实现部分冗余的算法.在保证有效容错能力的同时,部分冗余明显减小了经过容错编译的程序在存储空间和性能上的开销.实验显示,与复制全部错误流图的完全冗余相比,在结点覆盖率降低6.25%的情况下,部分冗余算法最多能够减少寄存器的使用数量6.25%,减少功耗超过17%,减少执行时间接近26%,同时提高性能超过22%.     

高性能低功耗的容错编译技术:错误流压缩算法

在许多关键应用中,计算机的高性能、低功耗和高可靠性是必须同时满足的要求.传统的软件容错技术频繁使用和比较分支指令检测错误,带来了巨大的性能和功耗的开销.提出了基于计算数据流模型的错误流模型,并设计了错误流压缩算法.在错误流压缩算法中,利用附加计算压缩了错误流的直径,显著减少了分支指令的数量,而总指令数不变.针对StreamIT提供的快速傅立叶变换测试程序,采用Wattch对错误流压缩算法进行模拟测试.实验结果表明,当循环参数n=2²⁵时,与传统的EDDI算法相比,使用错误流压缩算法可减少分支指令24%以上,IPC提高超过12%,同时,功耗减少了将近5%.给出的推算表明:在该实验中,如果内层循环体的存储指令数量为8,分支指令的减少可以达到43%以上.     

面向软件错误检测的数据流分析

程序中某一点的数据流状态与软件的执行路径有关。程序中的部分错误与变量所处的状态相关。提出的MUST数据流和MAY数据流反映了数据流的执行路径具有相关性的特点。根据不同变量的管理特点,从程序的控制结构出发,详细讨论了影响变量状态的各种因素及其之间的关系,提出了基于程序控制结构的、以基本块为最小程序单位的静态数据流分析方法,为精确地进行数据流分析提供了依据。     

基于马尔可夫模型的软件错误定位方法

软件调试是软件开发的重要环节.统计错误定位技术通过分析程序执行频谱来估计程序中错误所在的位置.针对不同类型的程序频谱,此类技术建立不同的启发式模型描述程序行为.已有研究表明,其准确度同目标错误和程序类型相关,且不存在某种普遍有效的技术.文中从单元测试的特性出发,探讨预测错误类型的可行性,并采用马尔可夫过程对错误类型进行预测,从错误定位技术备选集中选择适合的技术来实施.实验表明文中方法能够更快地定位程序错误.     

软件双冗余容错系统的容错能力和性能分析

双冗余是比较常用的冗余容错设计方法.软件双冗余容错系统通过冗余执行完成相同功能的两个软件副本,并检查它们的结果,根据两者结果是否一致来判断是否出现了错误.建立了软件双冗余容错系统的运行时模型,并引入了软件双冗余容错系统的容错能力的概念.根据该模型分析了单个软件副本的容错能力对软件双冗余容错系统的容错能力和性能的影响.分析结果显示,提高单个软件副本的容错能力不仅能够提高软件双冗余容错系统的容错能力,还能够提高系统的性能.但在极端情况下,双冗余容错系统的容错能力也可能会小于单个软件副本的容错能力.     

基于错误传播分析的软件脆弱点识别方法研究

在太空环境中,软件系统经常受到各种辐射现象的影响.在此类环境下,寻找软件脆弱点主要是考虑环境扰动对该软件的影响.文中提出了一种由环境扰动引入的软件脆弱点的分析方法.首先在对软件系统模块化的基础上,通过在两个层面上分析错误在软件中的生成及其传播过程,给出寻找软件脆弱点的理论框架,随后进一步给出该框架中一些参数的实验估计方法,最后给出该框架在某卫星光纤陀螺捷联航姿控制系统上的应用.应用结果令人满意.     

面向空空导弹飞控软件的软件容错技术研究

随着临近空间飞行器的发展,空空导弹作战空域也向超高空域拓展,因此在空空导弹设计时需要考虑高能粒子引起的计算机系统瞬时故障。本文从软件防护的角度出发,针对该故障提出了一种基于冗余备份及校验和的软件数据流加固方法。试验表明,该算法对单粒子翻转引起的瞬态故障具有良好的防护性,具有通用性好、易移植等优点。     

基于错误传播模型的非均等视频流丢失保护

提出一种适用于丢包网络、面向图像组（GOP）层的非均等视频流丢失保护方案。利用GOP中不同帧之间的非均等显著性,将不同数量前向错误校正包分配到GOP层的不同帧中。采用帧间包交错机制将突发包丢失分散到不同帧上,提高处理突发包丢失时的鲁棒性。仿真结果表明,在不同信道丢失模式下,该方案能提高视频接收质量。     

利用变量状态转换模型进行部分软件错误的检测

应用程序中的功能通常是通过对变量的操作来实现。应用程序中变量的操作包括赋值、引用等不同的方式。针对普通变量和指针变量在程序中的使用方式,对变量的状态进行了分析,并根据变量使用的特点,定义了普通变量和指针变量的状态转换模型。在此基础上,给出了与变量有关的软件错误的定义,并讨论了基于变量切片的软件错误的检测方法。     

基于网络模型的软/硬件可靠性分析*

提出了一种以软件环境中硬件可靠性分析的可靠性计算方法,从而使系统的可靠性计算更精确.最后给出了提高系统可靠性的策略与方法.     

基于Petri网的软硬件故障建模方法研究

针对计算机系统中软件和硬件相互作用而引发的故障分析问题,提出了基于Petri网的软硬件故障模型,用以表达软件故障和硬件故障相互作用的复杂过程,在此基础上给出了软件、硬件和软硬件故障模式的形式化定义。根据软硬件故障模式的特征,基于故障的传播过程提出了软硬件故障识别算法。实例结果表明模型和算法可以准确的分析和识别软硬件故障,从而为计算机系统的可靠性分析提供了新的途径。     

Weibull分布引进故障的软件可靠性增长模型

软件调试是复杂过程,可能会受到很多种因素的影响,例如调试资源分配、调试工具的使用情况、调试技巧等.在软件调试过程中,当检测到的故障被去除时,新的故障可能会被引进.因此,研究故障引进的现象对建立高质量的软件可靠性增长模型具有重要意义.但是到目前为止,模拟故障引进过程仍是一个复杂和困难的问题.虽然有许多研究者开发了一些不完美调试的软件可靠性增长模型,但是一般都是假设故障内容（总数）函数为线性、指数分布或者是与故障去除的数量成正比.这个假设与实际的软件调试过程中故障引进情况并不完全一致.提出一种基于Weibull分布引进故障的软件可靠性增长模型,考虑故障内容（总数）函数服从Weibull分布,并用相关的实验验证了提出的模型的拟合和预测性能.在用两个故障数据集进行的模拟实验中,实验结果指出：提出的模型和其他模型相比,有更好的拟合和预测性能以及更好的鲁棒性.     

嵌入式系统在资源争用条件下的软硬件划分

以一种具有时间约束的数据流图DFG的可调度性分析为基础,提出一种软硬件划分算法．该算法将由共享资源争用引起的性能影响考虑在内,使得软硬件划分能依据更为精确的性能分析结果,由此将缩小软硬件划分中性能估计同实际运行状况之间的差异,提高划分的合理性,也使得目标系统的性能获得更可靠的保证．     

基于动态数据流图的嵌入式系统设计

该文提出一种嵌入式系统软硬件协同设计方法,它以动态数据流图为系统模型对嵌入式系统的功能和性能需求进行描述,由此提供强大的描述、分析能力及可接受的实现规模.通过一种特定的实现结构,以及数据通路的自动综合和实现代码框架的自动生成,设计工作的主体部分可以被有效分解为一系列独立设计任务,能缩短设计周期并提高设计工作的可重用性。     

故障检测率不规则变化的软件可靠性模型

传统的NHPP(non-homogeneous Poisson process)模型在实际的测试当中被证明是成功的.但是,由于传统的NHPP模型用的是理想的假设,例如,假设故障检测率是常数、平稳变化和规律变化,模型的性能在实际的测试环境中总是受到损害.因此,提出一个基于NHPP的软件可靠增长模型,并且考虑故障检测率的不规则变化情况,这种变化符合故障检测率在实际的软件测试过程中的变化.通过相关的实验验证了所提出的NHPP模型的拟合和预测能力.实验结果表明:在用实际的故障数据进行拟合和预测的过程中,所提出的模型与传统的NHPP模型相比,有更好的拟合和预测性能.同时,也给出了所提出模型相应的置信区间.