面向软错误的源代码级故障恢复技术研究

发布时间：2017-08-31 16:28

  本文关键词：面向软错误的源代码级故障恢复技术研究

  更多相关文章： 软错误 软件容错 控制流错误恢复 数据流错误恢复 故障注入

【摘要】：硬件集成电路瞬时故障(又被称为软错误)是由空间高能粒子所导致的,它对航天器的寿命和可靠性影响极为严重。为了提高航天应用系统的可靠性,目前航天计算平台采用经过硬件加固的抗辐照器件,但抗辐照器件受到设计、材料、功耗等方面的制约,实现成本较高。与硬件加固相比,软件加固技术无须修改底层硬件结构,能有效降低功耗和实现成本,并可以借助成熟的商用器件大幅提高性能。因此,软加固技术受到各国航天领域的重视,成为竞相研究的的热点。研究面向瞬时故障的软加固技术,对我国航天事业的发展来说具有极其重大的现实意义。本文在分析现有的软加固技术上,针对源代码级错误恢复技术进行研究,主要贡献如下:1.提出了一种源代码级控制流恢复技术SICER。SICER能够有效的检测出函数间、基本块之间和基本块内部三个层次的非法跳转,检测范围较广,且SICER能够有效的恢复同一函数内基本块之间和基本块内部的跳转。该方法基于分段式标签分配和冗余备份实现,在函数间和函数内部进行分层次设计,使其具有良好的可配置性,可通过优选检测算法、重新划分基本块等方法实现优化配置。2.提出了一种基于校验和编码的数据流恢复技术SIDER。SIDER是一种向前恢复的算法,其实现基于活跃数据备份及校验和编码,减少了错误恢复时保存现场的开销。此外,SIDER还提出了一种基于变量关键性分析的可配置优化方法,在性能开销有限的情况下为程序变量建立了保护的优先次序。3.采用本文提出的错误恢复方法对某型号航天应用软件的部分代码进行了加固实现。设计并实现了随机故障注入工具RFISD(Random Fault Injection with Script Debug),基于CCStudio编译器对加固后程序进行了性能开销分析和故障注入实验。实验结果表明,本文方法可将目标软件可靠性平均提升41%,时间开销为140.2%,空间开销为230.9%,加固效果显著。
【关键词】：软错误 软件容错 控制流错误恢复 数据流错误恢复 故障注入
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V467
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 研究目标及意义12
• 1.3 本文主要工作12-13
• 1.4 论文结构13-15
• 第二章 技术背景15-28
• 2.1 容错技术概述15-20
• 2.1.1 软错误的概念及其特征15
• 2.1.2 容错相关概念15-18
• 2.1.3 硬件容错技术18-19
• 2.1.4 软件容错技术19-20
• 2.2 错误检测技术相关研究现状20-24
• 2.2.1 数据流错误检测技术21-23
• 2.2.2 控制流错误检测技术23-24
• 2.3 错误恢复技术相关研究现状24-27
• 2.3.1 数据流错误恢复技术24-26
• 2.3.2 控制流错误恢复技术26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 源代码级控制流恢复技术28-44
• 3.1 故障模型和相关概念28-30
• 3.1.1 故障模型28-29
• 3.1.2 相关概念29-30
• 3.2 SICER算法控制流错误检测机制30-35
• 3.2.1 函数间的控制流错误检测31-32
• 3.2.2 函数内部的控制流错误检测32-35
• 3.3 SICER算法控制流错误恢复机制35-42
• 3.3.1 活跃数据分析36-37
• 3.3.2 添加错误恢复代码37-39
• 3.3.3 SICER容错处理过程39-40
• 3.3.4 SICER可配置优化方法40-42
• 3.4 SICER算法分析42-43
• 3.4.1 检测盲点42
• 3.4.2 错误恢复延迟42-43
• 3.5 本章小节43-44
• 第四章 源代码级的数据流恢复技术44-55
• 4.1 故障模型和相关概念44-47
• 4.1.1 源代码级错误模型45-46
• 4.1.2 划分容错处理基本单元46-47
• 4.2 SIDER容错处理机制47-50
• 4.2.1 SIDER错误检测机制47-48
• 4.2.2 SIDER错误恢复机制48-49
• 4.2.3 SIDER算法描述49-50
• 4.3 SIDER算法分析50-52
• 4.3.1 SIDER数据流容错处理过程50-51
• 4.3.2 检测盲点51
• 4.3.3 性能开销51-52
• 4.4 可配置优化策略52-54
• 4.4.1 变量关键性分析52-54
• 4.4.2 变量关键性计算54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 加固算法实现与验证55-61
• 5.1 源代码加固实现55-56
• 5.2 故障注入工具设计56-58
• 5.2.1 RFISD模块结构设计56-57
• 5.2.2 RFISD工作流程57-58
• 5.3 故障注入实验58-60
• 5.3.1 性能开销实验58-59
• 5.3.2 故障注入实验59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 结束语61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 作者在学期间取得的学术成果69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 徐建军;谭庆平;李建立;李剑明;;一种基于格式化标签的可扩展控制流检测方法[J];计算机研究与发展;2011年04期

2 傅忠传;陈红松;崔刚;杨孝宗;;处理器容错技术研究与展望[J];计算机研究与发展;2007年01期

3 李爱国;洪炳熔;王司;;一种软件实现的程序控制流错误检测方法[J];宇航学报;2006年06期

4 王长河;单粒子效应对卫星空间运行可靠性影响[J];半导体情报;1998年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 高珑;面向硬件故障的软件容错[D];国防科学技术大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李平华;过程间数据流分析技术研究[D];东南大学;2004年

，

本文编号：766665