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.     

一种面向多核处理器I/O系统软错误容错方法

集成电路制造工艺的飞速发展,使得集成电路的特征尺寸不断减少和集成度不断提高,造成集成电路对工作环境的影响越来越敏感,发生软错误的几率不断增加,对可靠性造成重要影响。随着微处理器进入了多核时代,丰富的片上资源给软错误加固带来了很好的机遇。本文针对多核处理器中I/O系统软错误,提出了一种基于多核处理器的软件Scrub方法对软错误进行加固。测试结果表明,我们提出的软错误容错方法可以大大提高I/O系统的可靠性。     

面向二进制代码的软错误故障注入器设计与实现

由于芯片集成度的提高,软错误在现代计算机系统中变得越来越普遍.这些故障对高性能微处理器中的存储器和硬件设备的可靠性造成了重大挑战.设计一种基于PIN的工具来模拟软错误,可以在机器代码级实现硬件故障注入.故障注入器基于二进制插装,支持准确和低成本的故障注入.在典型的应用程序中进行了示范应用,通过模拟位翻转来分析程序对软错...     

用软件实现的故障注入工具评估错误检测机制

故障注入是容错计算机系统可靠性评估的征要手段,本文介绍了软件实现的故障注入工具ＳＯＢＦＩ设计与实现,用ＳＯＢＦＩ对ＲＳ６０００工作站的错误检测机制和两种软件实现的错误检测机制进行了试验评估,结果表明,在非容错商用计算机系统中加入简单折软件实现的错误检测机制,也呆以达到很高的错误检测覆盖率。     

基于软错误的动态程序可靠性分析和评估

基于软件实现的软错误容错方法不需要硬件开销,被认为是一种高效的软错误容错方法,而动态的实现这种方法能覆盖更多种类型的程序,因而能覆盖更多的软错误,分析硬件软错误对程序执行时代码和数据的逻辑影响,并建立了硬件软错误条件下程序运行可靠性评估模型.本文的工作为基于软件动态软错误容错算法的提出提供了理论基础,也为程序可靠性的评估提供了一种方法.我们依据体系结构层硬件对指令执行的影响将硬件构件进行分类,并分析了不同的硬件构件对程序代码和数据的逻辑影响.基于软错误对程序代码和数据的影响模型,建立了软错误条件下程序运行可靠性评估模型.最后,在实验中,对软错误条件下程序影响模型和程序运行可靠性评估模型进行了验证,实验结果证明了本文的分析和评估结果.     

龙芯2号处理器系统优化关键技术

系统软件作为处理器和应用程序之间的接口,对于充分利用处理器的特性来维护处理器与应用程序的稳定性和提高应用程序的性能起着极其重要的作用．描述了在Linux内核中解决龙芯2号处理器的Cache别名问题的方法以及通过增加页的大小、软TLB和FAST_TLB_REFILL的方法减小TLB失效的性能损失,还有Uncache Accelerate对媒体播放软件的加速．实验结果表明,在系统软件中增加这些方法的支持,对系统的稳定性和性能都有较大的好处．     

片上多核处理器容软错误执行模型

随着工艺的进步,微处理器将面临越来越严重的软错误威胁.文中提出了两种片上多核处理器容软错误执行模型:双核冗余执行模型DCR和三核冗余执行模型TCR.DCR在两个冗余的内核上以一定的时间间距运行两份相同的线程,store指令只有在进行了结果比较以后才能提交.每个内核增加了硬件实现的现场保存与恢复机制,以实现对软错误的恢复.文中选择的现场保存点有利于隐藏现场保存带来的时间开销,并且采用了特殊的机制保证恢复执行和原始执行过程中load数据的一致性.TCR执行模型通过在3个不同的内核上运行相同的线程实现对软错误的屏蔽.在检测到软错误以后,TCR可以进行动态重构,屏蔽被软错误破坏的内核.实验结果表明,与传统的软错误恢复执行模型CRTR相比,DCR和TCR对核间通信带宽的需求分别降低了57.5%和54.2%.在检测到软错误的情况下,DCR的恢复执行带来5.2%的性能开销,而TCR的重构带来的性能开销为1.3%.错误注入实验表明,DCR能够恢复99.69%的软错误,而TCR实现了对SEU(Single Event Upset)型故障的全面屏蔽.     

龙芯1号处理器结构级功耗评估有效性分析

结合龙芯1号处理器实际设计过程,介绍了处理器功耗评估的方法和功耗模型,分别对结构级、电路级功耗评估和实际芯片3种情况进行测试程序仿真.经过量化分析和比较表明:结构级功耗评估具有仿真速度快、评估结果误差和测试程序相关,并且同一测试程序误差能够追随电路级功耗评估等特点,说明了龙芯1号处理器进行结构级功耗评估的有效性.采用该方法可显著提高低功耗处理器结构的设计效率.     

基于软件故障注入的星载系统错误传播研究

设计了信号故障传播率的计算方法,在此基础上设计了根据信号故障传播率进行故障注入实验,并根据故障注入实验的结果绘制错误传播图的方法.根据实验结果和错误传播图可以从信号和模块两个层次对系统进行分析,找出最为脆弱的部分,即找出最可能传播故障的信号和模块,以及最可能传播故障的一条路径.据此可对系统的可靠性做出评测.工作在高辐射环境下的各类软件系统,如星载系统,在运行过程中可能会因环境的扰动发生SEU现象,本文利用软件故障注入技术对这种现象进行模拟,进行故障注入实验,实验结果表明我们设计的算法能有效地对系统的可靠性做出评测.     

用于电路级仿真软故障注入的自动化方法

为了克服电路级仿真故障注入评估软错误敏感性时烦琐费时的缺陷,提出一种将注入过程自动化的方法.使用LL(k)语法分析技术自动解析Spice网表,以自动提取故障注入目标的信息;由程序将网表自动展平,克服了多次例化的子电路无法注入单故障的问题;通过对展平后网表的遍历而自动插入表征软错误的电流源;开发了一个电路级软错误注入器HSECT-SPI,并针对ISCAS'85和ISCAS'89 Benchmark电路进行了故障注入实验,结果表明:文中方法适于自动分析单元和模块电路的软错误敏感性,并可指导高可靠集成电路的设计.     

一个基于微处理器功能模型的可靠度评估系统

随着以嵌入式微处理器为核心的容错系统在航空、航天、核电等高可靠领域的广泛应用,如何迅速、方便、低成本地评估这些系统中的容错机制是一个重要的问题.传统的可靠度评估方法需要一个详细的硬件原型才能进行评估,周期长、成本高,因此文中提出了一个基于微处理器功能模型的可靠度评估技术,构建了一个纯软件的可靠度评估系统.和已有的系统相比,该系统评估周期短、控制方便、成本低廉.使用该系统评估软件实现的指令冗余技术、软件实现的断言技术和硬件实现的重复取指执行技术的实验结果表明,该系统的评估是合理的.     

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。     

Linux平台上软件实现的PCIE总线故障注入系统

高端服务器广泛采用PCIE总线作为I/O接口提供网络、存储等服务,PCIE总线故障会严重影响服务器提供可靠的服务.为了测试高端服务器的软硬件系统对PCIE总线故障的容错能力,阐述了基于软件的故障注入思路,设计并实现了基于软件的故障注入系统.经过实验,收集了一些测试数据,验证了故障注入系统的有效性,并分析了实验系统对PCIE总线的容错机制.     

一种向分支指令后插入冗余指令的容错微结构

随着深亚微米工艺的广泛应用,瞬态故障已成为芯片失效的主要原因.文中提出了一种向分支指令后插入冗余指令的容错微结构,利用分支误预测浪费的处理带宽,降低了冗余执行导致的性能损失.实验结果表明,该技术的性能损失在6%～31%之间,平均为21%,明显低于MBI技术而和DIE技术的性能损失相当.该技术能够检测流水线上各阶段发生的瞬态故障并能恢复处理器状态,故障检测延时短,需要的硬件开销也较小,非常适合提高带有简单预测机制的嵌入式微处理器的容错能力.     

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.     

基于JTAG的故障注入工具设计

针对软件模拟硬件故障注入不能突破操作系统保护而使故障注入受到限制的问题,提出一种基于JTAG调试技术的硬件故障注入方法。当目标系统处于运行状态时,通过设置断点、设置观察点、发送调试请求等方式使目标系统在硬件层次中止当前运行模式,进入硬件调试模式。通过对基于总线扫描链的移位操作插入数据或CPU本身的指令,对系统内部的总线数据、寄存器数据、存储器数据进行修改。实验结果表明,该方法可以成功地实现故障注入。