Метод инъектирования сбоев для тестирования сбоеустойчивых микропроцессоров типа система на кристалле

Чекмарёв, Сергей Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 ТЕСТИРОВАНИЕ СБОЕУСТОЙЧИВОСТИ
МИКРОПРОЦЕССОРОВ 11
1.1 Сбоеустойчивость цифровых интегральных схем к ионизирующему
излучению космического пространства 11
1.2 Тестирование сбоеустойчивости с помощью инъекций сбоев 16
1.3 Методы инъекции сбоев 23
1.4 Инъекция сбоев с помощью внутрикристального отладчика
микропроцессора 27
1.5 Микропроцессоры типа система на кристалле 32
1.6 Выводы по главе и постановка задачи 36
ГЛАВА 2 ИНЪЕКЦИИ СБОЕВ С ПОМОЩЬЮ АППАРАТНОГО
БЛОКА ВНЕСЕНИЯ ИНЪЕКЦИЙ В МИКРОПРОЦЕССОР ТИПА
СИСТЕМА НА КРИСТАЛЛЕ 38
2.1 Модель сбоев и требования для инъектирования в микропроцессор
типа система на кристалле 38
2.2 Метод инъекции сбоев в микропроцессор типа система на кристалле с
помощью аппаратного блока инъектирования 40
2.3 Аппаратно-программная система для инъекции сбоев в
микропроцессор типа система на кристалле 43
2.3.1 Режим с остановкой процессора 43
2.3.2 Режим без остановки процессора 46
2.4 Методики для осуществления инъекций сбоев в микропроцессор типа
система на кристалле 49
2.5 Возможности контролепригодности 58
2.6 Выводы по главе 59
ГЛАВА 3 СИСТЕМА ДЛЯ ИНЪЕКЦИЙ СБОЕВ ДЛЯ
МИКРОПРОЦЕССОРА LEON3 61
3.1 Исходные данные для разработки 61
3.2 Детализированная структура системы инъекции сбоев для процессора
LEON3 63
3.3 Аппаратное обеспечение системы инъекций сбоев 65
3.3.1 Структурная схема IP-блока инъектора сбоев 65
3.3.2 Описание работы инъектора сбоев 74
3.3.3 Модификация контроллера внешней памяти 80
3.3.4 Работа конвейера LEON3 при обнаружении сбоя в регистровом
файле 82
3.4 Программное обеспечение системы инъекций сбоев 84
3.5 Выводы по главе 91
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 93
4.1 Планирование экспериментальных исследований 93
4.2 Верификация системы для инъекции сбоев 94
4.3 Демонстрация возможностей системы для инъекций сбоев 99
4.4 Выводы по главе 107
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 108
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 110
ПРИЛОЖЕНИЕ А – КОНФИГУРАЦИОННЫЕ НАСТРОЙКИ
ЦЕЛЕВОЙ СИСТЕМЫ 123
ПРИЛОЖЕНИЕ Б – СВИДЕТЕЛЬСТВО О РЕГИСТРАЦИИ
ПРОГРАММЫ 133
ПРИЛОЖЕНИЕ В – АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ 134

Актуальность работы. Проектирование микропроцессоров,
сбоеустойчивых к ионизирующему излучению космического пространства,
является в настоящее время важнейшей задачей отечественных
производителей микроэлектроники и электронного космического
приборостроения. Различают несколько видов сбоев, происходящих в
космосе с электронной аппаратурой. Наиболее частым сбоем
микропроцессоров и систем на их основе являются одиночные сбои в памяти
– во внутренней: в кэш-памяти и в файле регистров, а также во внешней
памяти. На предотвращение сбоев в памяти направлены основные усилия по
обеспечению сбоеустойчивости микропроцессоров.
Важным элементом создания сбоеустойчивого микропроцессора
является отладка, тестирование и испытания тех или иных вариантов
обеспечения его сбоеустойчивости. Тестирование и испытания должны
удостоверить эффективность защиты памяти процессора от одиночных
сбоев. Сбоеустойчивость процессоров в процессе тестирования
подтверждается с помощью тех или иных методов внедрения
(инъектирования) сбоев в его память – внутреннюю и внешнюю.
Методам инъекции сбоев и созданию на их основе систем тестирования

В работе представлено развитие методов инъектирования сбоев в
память микропроцессоров типа система на кристалле с целью тестирования
их механизмов сбоеустойчивости. Предложены метод, система и методика
инъектирования сбоев. Данные решения были реализованы в
программируемой логической интегральной схемы для процессорного ядра
LEON3, проведены экспериментальные исследования их эффективности.
Основные результаты работы представлены ниже.
1. Предложен метод инъектирования сбоев в микропроцессоры типа
система на кристалле с помощью встроенного аппаратного блока инъекции
сбоев с использованием возможностей внутрикристального отладчика.
Метод обеспечивает проведение без непосредственного участия внешнего
аппаратно-программного окружения автономных экспериментов с
минимальными задержками занесения сбоев в память микропроцессора.
Внешний управляющий компьютер выполняет роль постобработчика
проведенных экспериментов.
2. Разработана программно-аппаратная система инъекции сбоев на
основе блока инъекций сбоев, встраиваемого в систему на кристалле как
аппаратный сложно-функциональный блок. Она обладает низкой степенью
вмешательства в аппаратные составляющие микропроцессора. Блок
инъекции сбоев не требует больших ресурсов для своей реализации и
позволяет проводить инъектирование как во внутреннюю, так и во внешнюю
память. Он может быть использован не только для тестирования
микропроцессоров в процессе их лабораторных испытаний, но и для
диагностирования механизмов их сбоеустойчивости в процессе эксплуатации
в составе бортовых систем космических аппаратов.
3. Разработаны методики проведения экспериментов по инъекции сбоев
с помощью аппаратного инъектора, позволяющие проводить автономные
эксперименты, в которых сбои вырабатываются внутри тестируемого
микропроцессора без участия внешнего программно-аппаратного окружения.
Методики обеспечивают проведение инъектирования со случайным и
предопределенным покрытием в режимах с остановкой процессора для
тестирования сбоеустойчивости внутренней памяти, а также без остановки
процессора для тестирования сбоеустойчивости внешней памяти.
4. Предложенные решения были реализованы в ПЛИС для процессора
LEON3. Разработан сложно-функциональный блок инъекции сбоев, создана
новая конфигурация процессора для ПЛИС, включающая разработанный
блок, разработано тестовое программное обеспечение. Проведены
экспериментальные исследования, которые подтвердили: реализуемость
метода, широкое разнообразие видов экспериментов по инъекции сбоев;
малые задержки инъектирования, определяемые лишь временными циклами
работы процессора; низкие затраты ресурсов ПЛИС типа FPGA, требуемые
для реализации предложенных решений.
5. Разработанный метод позволил разработать и испытать функционал
сбоеустойчивости микропроцессора для бортового компьютера малого
космического аппарата «ТаблетСат-Аврора».

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ
    Анастасия Л. аспирант
    5 (8 отзывов)
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибост... Читать все
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибостроение, управление качеством
    #Кандидатские #Магистерские
    10 Выполненных работ
    Анна Н. Государственный университет управления 2021, Экономика и ...
    0 (13 отзывов)
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уни... Читать все
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уникальности с нуля. Все работы оформляю в соответствии с ГОСТ.
    #Кандидатские #Магистерские
    0 Выполненных работ
    AleksandrAvdiev Южный федеральный университет, 2010, преподаватель, канд...
    4.1 (20 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    28 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Цифровые структурно-аналоговые времяимпульсные элементы и устройства
    📅 2022год
    🏢 ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»