基于VHDL故障注入的处理器敏感性分析

发布时间：2019-10-14 06:56

【摘要】：随着集成电路工艺的发展，处理器对电源线扰动、温度变化、各种辐射及电磁干扰的影响越来越敏感；同时，处理器在航天领域的应用对可靠性提出了更高的要求。因此，可靠性逐渐成为处理器设计时和性能同等需要考虑的重要问题。特别是在太空环境中，处理器很容易受到单粒子翻转的影响，使处理器中逻辑单元的内容发生翻转，，导致处理器发生故障。在设计容错处理器之前，需要进行深入的软错误敏感性分析，尤其是处理器在出现单粒子翻转时的行为特性。而故障注入是处理器可靠性评估的重要技术，因此故障注入工具的研究和设计具有重要意义。 通过分析比较当前处理器可靠性评估的主流方法和原理，本文选用模拟故障注入技术来进行处理器敏感性分析。在此基础上，开发了一种适用于VHDL处理器模型的故障注入工具。该工具基于瞬态位翻转的故障模型，采用仿真命令技术加以实现，工具调用ModelSim作为仿真模拟器。为了实现故障注入过程的自动化，采用perl语言来实现故障注入的核心算法部分，如调用故障模型和模拟器；对于模拟器仿真命令接口，采用Tcl语言实现故障注入工具与模拟器的交互。同时，针对模拟故障注入仿真时间长的缺点，使用基于观察点的加速策略对故障注入工具进行了优化，使得故障注入实验时间减少。 最后，以LEON3处理器为目标模型进行了故障注入实验，得到了整型处理单元和指令Cache、数据Cache在不同benchmark下的敏感性，并对敏感性较高的流水线寄存器采用三模冗余技术加固之后再次进行可靠性评估，从而验证了该故障注入工具的有效性。本文提出的故障注入工具适用于基于VHDL的RTL级处理器的软错误敏感性分析，操作简单，成本低廉，具有很好的可控性和可观察性。
【图文】：

force命令使用后ModelSim图形界面

仿真界面显示
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP332

【参考文献】

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本文编号：2549147