基于FPGA的软件容错系统研究

发布时间：2017-08-27 21:23

  本文关键词：基于FPGA的软件容错系统研究

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【摘要】：本文主要设计基于软件实现N模冗余(NMR)计算机系统的表决器结构,软件冗余对于高性能、关键计算机系统来说是一种具有成本效益的方案。由于选择数据的大数量和随机性,软件冗余系统需要一个可编程表决器。在处理器上面运行的表决软件一般叫做“实时检测实时使用”(time-of-check-to-time-of-use, TOCTTOU),并且TOCTTOU缺陷不能承受长时间错误。 为了解决这两个问题,在该文提出了用于特殊用途的表决处理器和它的嵌入式系统结构。该处理器有一组新的指令和硬件模块,这些均可以由软件来调用以加速表决软件的执行和解决已被确定的两个可靠性问题,该系统可以在FPGA平台上面运行。 评估结果显示使用该系统可以减少错误检测代码的执行时间14%和代码大小56%。错误注入实验证实了该系统在即时和长久时间错误的状态下,可以移除TOCTTOU缺陷。
【关键词】：软件容错 N模冗余 FPGA 嵌入式结构
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP302.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• Contents9-11
• 插图或附表清单11-12
• 引言12-15
• 1 软件冗余15-19
• 1.1 软件设计概述15
• 1.2 软件组成15-16
• 1.3 软件N元模块冗余16-17
• 1.4 可编程表决器17-19
• 2 错误检测19-22
• 2.1 错误检测器的分类19-22
• 2.1.1 错误检测器19-20
• 2.1.2 结果验证20-22
• 3 故障注入实验22-28
• 3.1 分析与联合设计故障注入器22-24
• 3.1.1 硬件组成22-24
• 3.1.2 软件实现过程24
• 3.2 故障结果与分析24-28
• 4 软件设计28-38
• 4.1 TOCTTOU窗口消除29-34
• 4.1.1 保障指令30-32
• 4.1.2 检测指令32-34
• 4.1.3 表决指令34
• 4.2 修复类型34-36
• 4.2.1 故障分析34-35
• 4.2.2 故障处理技术35-36
• 4.3 错误的加速检测36-38
• 4.3.1 转移指令36-37
• 4.3.2 配置负载与存储指令37-38
• 5 硬件验证38-40
• 5.1 硬件区域消耗38
• 5.2 编译接口38-40
• 6 软件验证40-48
• 6.1 基于FDX系统验证40-42
• 6.1.1 保障指令结果41
• 6.1.2 检测指令结构41
• 6.1.3 表决指令结构41-42
• 6.2 基于无FDX系统42-43
• 6.3 使用FDX对比结果43-48
• 6.3.1 性能消耗减少43-44
• 6.3.2 代码体积的消耗减少44-48
• 7 算法设计48-53
• 7.1 概述48
• 7.2 算法设计定义48-51
• 7.3 任务和调度51-53
• 7.3.1 无故障场景51-52
• 7.3.2 单故障场景52
• 7.3.3 其他使用方式52-53
• 结论与展望53-55
• 参考文献55-58
• 谢辞58-59
• 作者简介及读研期间主要科研成果59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 朱明程,温粤;FPGA动态可重构数字电路容错系统的研究[J];东南大学学报(自然科学版);2000年04期

2 龚锐;陈微;刘芳;戴葵;王志英;;FT51:一种容软错误高可靠微控制器[J];计算机学报;2007年10期

3 杜文志;航天器FPGA在系统局部重构容错设计研究[J];中国空间科学技术;2005年05期

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本文编号：745945