基于JTAG的CPU故障注入工具的设计与实现

发布时间：2020-04-13 18:59

【摘要】：随着互联网和移动互联网的迅速发展,计算机系统的应用逐渐扩展到军事、金融、通信、航空、宇航、企业管理、教育、能源等关乎国计民生的各行各业,计算机系统的可靠性越来越受到关注。故障注入法作为一种迅速、实时、方便的可靠性评测方法,被广泛的应用于容错计算机可靠性评测研究中。故障注入按照注入层次不同可分为软件故障注入、软件模拟硬件故障注入、硬件故障注入等类别。传统的软件故障注入和软件模拟硬件故障注入由于受到操作系统保护机制的限制,部分在实际中可能出现的底层故障无法被注入到待评测系统中。针对这种局限,本文设计并实现了一种基于JTAG调试技术的硬件故障注入工具,实验证明,使用该工具可以突破操作系统保护进行硬件级故障注入。首先,当目标系统处于正常运行状态时,通过设置断点、设置观察点、发送调试请求等方式使目标系统在硬件层次中止当前运行,进入硬件调试模式。其次,通过对基于总线的扫描链的移位操作插入目标系统CPU本身的指令,并在硬件调试模式下单步执行这些指令,对系统内部的总线数据、寄存器数据、存储器数据进行修改。最后,通过JTAG复位等方式使目标系统返回正常工作模式。在这个过程中,完成了对总线数据、寄存器数据、内存数据的修改。由于硬件调试模式下的操作突破了操作系统的保护,操作系统并未意识到系统内部数据已经被改变。在返回正常运行模式后,操作系统会继续执行原来任务,这样就达到了故障注入的目的。实验结果表明利用本文实现的故障注入工具可以突破操作系统保护,有效的进行故障注入。
【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】：2011
【分类号】：TP332

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