Технология инъектирования сбоев для тестирования сбоеустойчивости микропроцессоров, предназначенных к использованию в бортовой аппаратуре космических аппаратов

Технология инъектирования сбоев для тестирования сбоеустойчивости микропроцессоров, предназначенных к использованию в бортовой аппаратуре космических аппаратов

Автор: Чекмарв С.А., Ханов В.Х., Тимохович А.С.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника

Статья в выпуске: 3 т.17, 2016 года.

Бесплатный доступ

Представлено описание технологии инъектирования сбоев и обзор методов, применяемых при внесении сбоев в электронные цифровые устройства. Технология инъектирования предназначена для тестирования на сбоеустойчивость элементов и устройств вычислительной техники и систем управления, эксплуатируемых в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов. Введение сбоев в микропроцессор имитирует одиночные сбои в его внутренней памяти, а также во внешней памяти микропроцессорной системы. Одиночные сбои заключаются в инвертировании ячеек памяти на противоположное значение. Модель введения сбоев определяется набором планируемых сбоев, включающим вид сбоя, его время и место, набором выполняемых действий тестируемой системой во время внесения сбоя, набором результатов (сбой парирован или нет), а также набором производных от полученных результатов статистических метрик. Процесс внесения сбоев в микропроцессор заключается в инвертировании каким-либо методом его ячеек памяти во время его работы. Результаты инъектирования собираются и в последующем обрабатываются внешним по отношению к тестируемому микропроцессору компьютером. Методы инъектирования бывают физическими или осуществляемыми в модели тестируемой системы, инвазивными или неинвазивными. Физические методы основаны на применении реальных процессов, которые могут вызвать сбои в реально существующей микропроцессорной системе. Неинвазивные методы для проведения процесса инъектирования не используют или минимально используют аппаратное вмешательство внутрь тестируемой микропроцессорной системы. Большинство методов внесения сбоев являются универсальными для любых электронных, преимущественно цифровых, систем, но два подхода специально разработаны для микропроцессорных систем: инъектирование с помощью программного обеспечения и внесение сбоев через порт тестирования микропроцессора с помощью внутрикристального отладчика. Инъектирование через порт тестирования вносит сбои независимо от процесса выполнения микропроцессором программы. Большинство методов инъектирования, основанных на внутрикристальном отладчике, используют внешнее аппаратно-программное окружение, что замедляет процесс введения сбоев. Для микропроцессоров типа «система на кристалле» разработан метод внутрикристального инъектирования, когда инфраструктура для проведения размещается непосредственно внутри тестируемого микропроцессора в виде его сложнофункционального блока, что сокращает задержки внесения сбоев. Обзор показал, что технология инъектирования сбоев имеет высокую практическую значимость и активно развивается.

Еще

Сбоеустойчивость микропроцессоров, модель инъектирования сбоев, методы инъектирования сбоев, инъектирование с помощью внутрикристального отладчика, внутрикристальное инъектирование сбоев

Короткий адрес: https://sciup.org/148177619

IDR: 148177619

Список литературы Технология инъектирования сбоев для тестирования сбоеустойчивости микропроцессоров, предназначенных к использованию в бортовой аппаратуре космических аппаратов

  • Максименко С. Л., Мелехин В. Ф., Филипов А. С. Анализ проблемы построения радиационно стойких информационно-управляющих систем//Информационно-управляющие системы. 2012. № 2. 8 с.
  • Обеспечение радиационной стойкости космических аппаратов при проектировании/С. Н. Полесский //Компоненты и технологии. 2010. № 9. С. 93-98.
  • Чумаков А. И. Прогнозирование локальных радиационных эффектов в ИС при воздействии факторов космического пространства//Микроэлектроника. 2010. № 2 (39). С. 85-90.
  • The impact of the space environment on Space systems/H. C. Koons //6th Spacecraft Charging Technology Conference. Hanscom, 2000. P. 7-11.
  • Мироненко Л. С., Юдинцев В. В. Повышение радиационной стойкости интегральных схем. Конструктивные методы на базе промышленной технологии//Электроника: наука, технология, бизнес. 2012. № 8. С. 74-87.
  • RHBD Techniques . URL: http://www.skyflash.eu/project/radhardening/(дата обращения: 03.05.2016).
  • Краснюк А. А., Петров К. А. Особенности применения методов помехоустойчивого кодирования в суб-100-нм микросхемах памяти для космических систем //Проблемы разработки перспективных микро-и наноэлектронных систем. 2012. С. 638-641. URL: http://www.mes-conference.ru/data/year2012/pdf/D125.pdf.
  • Wiseman В. Design and testing of SEU: SEL Immune Memory and Logic Circuits in a Commercial CMOS Process//IEEE Radiation Effects Data Workshop. 1994. P. 51-55.
  • Knudsen J. E., Clark L. T. An Area and Power Efficient Radiation Hardened by Design Flip-Flop//IEEE TRANSactions on NUCLear SCIence. 2006. Vol. 53, No. 6. Р. 3392-3399.
  • RHBD Techniques for Mitigating Effects of Single-Event Hits Using Guard-Gates/A. Balasubramanian //IEEE TNS. 2005. Vol. 52, No 6. P. 2531-2535.
  • Blahut R. E. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. М.: Мир. 1986. 576 с.
  • Arlat J. Fault Injection for the Experimental Validation of Fault-Tolerant Systems//Workshop Fault-Tolerant Systems IEICE. Kyoto, 1992. Р. 33-40.
  • IEC 61508 Functional safety of electrical, electronic, programmable electronic safety-related systems . URL: http://www.iec.ch/functionalsafety/standards/page2.html (дата обращения: 03.05.2016).
  • Development of a Fault Injection-Based Dependability Assessment Methodology for Digital I&C Systems/C. R. Elks //Nuclear Regulatory Commission-7151. 2012. Vol. 1. 201 p.
  • Hsueh M. C., Tsai T. K., Iyer R. K. Fault Injection Techniques and Tools//IEEE Computer. 1997. Vol. 30. P. 75-82.
  • Comparison of Physical and Software-Implemented Fault Injection Techniques/J. Arlat //IEEE Transactions on Computers. 2003. No. 52. Р. 1115-1133.
  • Чумаков А. И. Действие космической радиации на ИМС. М.: Радио и связь, 2004. 320 с.
  • Сравнительный анализ испытаний электронной компонентной базы на стойкость к воздействию отдельных ядерных частиц на лазерных имитаторах и ускорителях ионов/А. В. Яненко //Спецтехника и связь. 2011. № 4-5. С. 4-7.
  • On the Proposition of an EMI-Based Fault Injection Approach/F. Vargas //11th IEEE International On-Line Testing Symposium. 2005. P. 207-208.
  • Tummeltshammer P., Steininger An. On the Role of the Power Supply as an Entry for Common Cause Faults//12th International Symposium on Design and Diagnostics of Electronic Circuits & Systems. Liberec, 2009. P. 152-157.
  • Experimental evaluation of the fault tolerance of an atomic multicast system/J. Arlat //IEEE transactions on reliability. 1990. Vol. 39, No. 4. P. 455-467.
  • RIFLE: A General Purpose Pin-Level Fault Injector/Н. Мadeira //Proc. First European Dependable Computing Conference. Berlin, 1994. P. 199-216.
  • On Chip Debug . URL: http://www.asset-intertech.com/Technologies/On-Chip-Debug (дата обращения: 04.05.2016).
  • Fault Injection Experiments Using Fiat/J. H. Barton //IEEE Transactions on Computers. 1990. Vol. 39. P. 575-582.
  • Kanawati G. A., Kanawati N. A., Abraham J. A. Ferrari: A Tool for the Validation of System Dependability Properties//22nd International Symposium on Fault-Tolerant Computing. Boston, 1992. P. 336-344.
  • Kao W. I., Iyer R. K. Define: A Distributed Fault Injection and Monitoring Environment//In Fault-Tolerant Parallel and Distributed Systems/by D. Avresky, eds. D. Pradhan. IEEE Computer Society, 1995. P. 252-259.
  • Han S., Shin K. G., Rosenberg H. A. Doctor: An Integrated Software Fault Injection Environment for Distributed Real-Time Systems//International Computer Performance and Dependability Symposium. Fort Collins, 1995. P. 204-113.
  • Exhaustif: A Fault Injection Tool for Distributed Heterogeneous Embedded Systems/A. Dasilva //Proceedings of the 2007 Euro American Conference on Telematics and Inforamtion Systems. Faro, 2007. P. 17.
  • Hardware and Software Co-Design in space Compaction of Digital Circuits/M. Assaf //IEEE Instrumentation Measurement Techniques Conference. 2004. P. 1472-1477.
  • An Improved Fault Simulation Approach Based on Verilog with Application to ISCAS Benchmark Circuits/S. R. Das //IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference. 2006. P. 24-27.
  • Simulate anything, chip to system . URL: http://www.windriver.com/products/simics/(дата обращения: 05.05.2016).
  • Bastien B., Johnson B. W. A Technique for Performing Fault Injection Using Simics UVA-CSCS-SFI-001/Charlottesville University of Virginia. Charlottesville, 2004. P. 117.
  • Kwang-Ting C., Shi-Yu H., Wei-Jin D. Fault Emulation: A New Methodology for Fault Grading//IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. 1999. P. 1487-1495.
  • New Techniques for Efficiently Assessing Reliability of SOCS/P. Civera //Microelectronics Journal. 2003. Vol. 34. P. 53-61.
  • Antoni L., Leveugle R., Feher B. Using Run-Time Reconfiguration for Fault Injection Applications//IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2003. P. 1468-1473.
  • Fault Emulation for Dependability Evaluation of VLSI Systems/D. D. Andres //IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems. 2008. Vol. 16. P. 422-431.
  • Ejlali A., Miremadi G. Error Propagation Analysis Using FPGA Based SEU-Fault Injection//Microelectronics Reliability. 2008. Vol. 48. P. 319-328.
  • Nftape: A Framework for Assessing Dependability in Distributed Systems with Lightweight Fault Injectors/D. T. Stott //IEEE International Computer Performance and Dependability Symposium. 2000. P. 91-100.
  • Simplified: Symbolic Program-Level Fault Injection and Error Detection Framework/K. Pattabiraman //IEEE International Conference on Dependable Systems and Networks with FTCS and DCC. 2008. P. 472-481.
  • Bingham S., Lach J. Enhanced Fault Coverage Analysis Using ABVFI//Workshop on Dependable and Secure Nanocomputing, Charlottesville, 2009. P. 6.
  • An Overview of GOOFI-A Generic Object-Oriented Fault Injection Framework/J. Vinter //Department of Computer Science and Engineering/Chalmers University of Technology. Gothenburg, 2005. P. 40.
  • Inerte: Integrated Nexus-Based Real-Time Fault Injection Tool for Embedded Systems/P. Yuste //International Conference on Dependable Systems and Networks. San Francisco, 2003. P. 669.
  • Exploiting the IEEE 1149.1 Standard for Software Reliability Evaluation in Space Applications/M. Zenha-Rela //European Safety and Reliability Conference. Gdansk, 2006. P. 7.
  • Miklo M., Elks C., Williams R. Design of a High Performance FPGA Based Fault Injector for Real-Time Safety-Critical Systems//22nd IEEE International Conference on Application-specific Systems, Architectures and Processors. 2011. P. 307.
  • Rebaudengo M., Sonza Reorda M. Evaluating the Fault Tolerance Capabilities of Embedded Systems via BDM//17th IEEE VLSI Test Symposium. 1999. P. 452-457.
  • Fault Injectionbased Reliability Evaluation of SoPCs/M. Sonza Reorda //11th IEEE European Test Symposium. 2006. P. 75-82.
  • Fault Injection Approach for Measuring SEU Sensitivity in Complex Processors/M. Portela-Garcia //13th IEEE International On-Line Testing Symposium, 2007. P. 101-106.
  • Real-time fault injection using enhanced on-chip debug infrastructures/A. Fidalgo //Microprocessors and Microsystems. 2011. № 25. P. 441-452.
  • Fidalgo A., Alves G., Ferreira J. A modified debugging infrastructure to assist real time fault injection campaigns//9th IEEE Workshop on Design & Diagnostics of Electronic Circuits & Systems. 2006. P. 172-177.
  • Fidalgo A., Alves G., Ferreira J. OCD-FI: on-chip debug and fault injection//International Conference on Dependable Systems and Networks. Berlin, 2006. P. 214-219.
  • Gaisler J. LEON3-FT-RTAX SEU test results//Gaisler Research. Goteborg, 2005. P. 8.
  • Чекмарёв С. А. Способ и система инъекции ошибок для тестирования сбоеустойчивых процессоров бортовых систем космических аппаратов//Вестник СибГАУ. 2014. № 4(56). С. 132-138.
  • Chekmarev S. A., Khanov V. Kh., Antamoshkin О. А. Modification of Fault Injection Method via On-Chip Debugging for Processor Cores of Systems-On-Chip//International Siberian Conference on Control and Communications. Omsk, 2015. P. 4.
  • Chekmarev S. A., Khanov V. Kh. Fault injection via on-chip debugging in the internal memory of systems-on-chip processor//TIAA2015 IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 94. Omsk, 2015. P. 6.
  • Чекмарёв С. А. Инъектор сбоев для тестирования микропроцессоров типа «система на кристалле» к одиночным сбоям//Программные продукты и системы. 2015. № 4. С. 121-125.
  • Пат. 161586 Российская Федерация. Система инъекции сбоев/Чекмарёв С. А., Ханов В. Х. Опубл. 2016, Бюл. № 13.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp