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!

    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 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

    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)»