面向航天应用软件的源代码级软加固技术研究

发布时间：2017-04-30 08:43

  本文关键词：面向航天应用软件的源代码级软加固技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：航天应用软件运行在恶劣的空间环境中,其可靠性受到由空间高能粒子辐照导致的瞬时故障的严重影响。为解决该问题,国内外相继对容错技术展开了研究。容错技术按实现方式可分为硬件实现和软件实现。与硬件实现的容错技术相比,软件实现的容错技术具有开发成本低、灵活度高、开发效率高等优势,因而受到了广泛关注。软件容错技术按其实现层次不同,可以分为进程级容错、线程级容错、源代码级容错和指令级容错。本文主要针对源代码级容错技术展开研究,主要工作如下:1.提出了一套源代码级的数据流检测方法。研究了轻量级的可靠性优化技术,基于不变式的可执行性断言检测技术和基于关键性分析的可配置加固技术。针对轻量级的可靠性优化技术,提出了基于取值范围的错误屏蔽和程序等价性变换两种方法,可以在不损失性能甚至提高性能的同时,提高程序自身的容错能力。针对基于不变式的可执行性断言检测技术,提出了变量和循环结构的不变式提取方法,提供了对变量和循环结构进行不变式检验的一般思路。针对基于关键性分析的可配置加固技术,提出了一种可定制的变量关键性分析方法,为程序中的变量建立了保护的优先级别。2.提出了一种源代码级的控制流检测算法SLCED。SLCED能够检测函数间、基本块间以及基本块内部的控制流错误,检测范围较广。该方法的特点在于通过修改参数表使标签保存在函数参数栈中,能够解决递归调用、嵌套调用等特殊控制流的错误检测问题。此外,SLCED在函数间和函数内部算法的分层次设计,使其具有良好的可配置性,可以通过优选函数内部检测算法、重新划分基本块、函数分级保护等方法实现优化配置。3.利用本文提出的加固方法,对某型号航天器应用软件中的部分核心代码进行了加固实现。设计并实现了基于调试服务的故障注入工具FIDS,进行了故障注入实验和性能开销实验。性能开销实验表明,本文的加固方法平均时间开销为50.4%,平均空间开销为201.9%。故障注入实验表明,本文的加固方法可以将可靠性平均提升41%,加固效果明显。
【关键词】：瞬时故障 软件容错 源代码级 错误检测 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】：2014
【分类号】：TP302.8;TP311.5

【参考文献】

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1 邢克飞;星载信号处理平台单粒子效应检测与加固技术研究[D];国防科学技术大学;2007年

  本文关键词：面向航天应用软件的源代码级软加固技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：336453