CC BY
12Решетневскуе чтения. 2017
УДК 681.3:629.7
ЛАБОРАТОРНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДА РЕГИСТРАЦИИ SEU ВО ВНУТРЕННЕЙ ПАМЯТИ СнК-ПРОЦЕССОРОВ
Е. С. Лепёшкина*, Д. М. Зуев, В. С. Чеснокова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Раскрыта актуальность экспериментального исследования сбоеустойчивости внутренней памяти микропроцессоров СнК-типа. Приведено описание экспериментального оборудования и предполагаемой схемы эксперимента.
Ключевые слова: одиночные сбои, ионизирующее излучение, внутренняя память, СнК-микропроцессор.
LABORATORY TESTING OF SEU DETECTION METHOD FOR THE SoC-MICROPROCESSOR INTERNAL MEMORY
E. S. Lepeshkina*, D. M. Zuev, V. S. Chesnokova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
This paper describes the experimental research of fault tolerance of SoC-microprocessor internal memory. The article contains description of test equipment and suspected experimental design.
Keywords: SEU, ionizing radiation, internal memory, SoC-microprocessor.
На сегодняшний день отечественное электронное космическое приборостроение решает важнейшую задачу - проектирование микропроцессоров, устойчивых к ионизирующему излучению (ИИ) космического пространства. В частности, основной причиной отказа элементов микроэлектроники являются тяжелые заряженные частицы (ТЗЧ). Причем, с актуальным на данный момент уменьшением проектной нормы и увеличением степени интеграции, уязвимость к одиночным сбоям (SEU - single event upset) только увеличивается [1].
Таким образом, важной составляющей обеспечения надежности бортовой аппаратуры космических аппаратов является прогнозирование интенсивности сбоев, вызванных ТЗЧ. Наземные установки не всегда способны обеспечить условия, существующие на орбите. К тому же экспериментальные исследования микросхем на стойкость к одиночным событиям являются достаточно дорогостоящими, что выводит на первый план расчетные методы. Однако последние не могут обеспечить высокую достоверность без экспериментальной базы. Отсюда открытым остается вопрос о получении достоверных данных о количестве сбоев, происходящих в RH-процессорах в условиях космоса, так как данные разрозненны и по ним невозможно выполнить сравнительный анализ эффективности тех или иных технических решений по обеспечению сбоеустойчивости.
В работе [2] был предложен метод регистрации SEU, происходящих во внутренней ЕСС-памяти процессоров типа система на кристалле (СнК), реализо-
ванных в БРвА. Аппаратный 1Р-блок для регистрации 8Би основан на 1Р-блоке для внутрикристального инъектирования сбоев во внутреннюю и внешнюю память микропроцессоров типа система-на-кристалле [3], вносящем сбои с высокой интенсивностью в режиме реального времени. Основными достоинствами такого инъектора сбоев являются его малая инвазивность и малое потребление ресурсов для своей реализации. Для регистрации сбоев использовалась составляющая часть инъектора - накопитель результатов. Накопитель результатов имеет собственный блок памяти, где сохраняются в случае обнаружения ошибки ее адрес в памяти процессора, а также количество в целом обнаруженных ошибок и количество исправленных (или неисправленных) ошибок.
Возникает вопрос о проведении экспериментальных исследований, для выявления зависимости интенсивности 8Би от воздействия ионизирующего излучения. В работе [4] уже описано исследование, где для регистрации ИИ на борту спутника были установлены полупроводниковые детекторы, сцин-тилляционные, газоразрядные и электростатические анализаторы. Однако, используемый на борту прибор «Призма-3» был разработан для контроля частоты одиночных сбоев в микросхемах статической памяти. Исследование сбоев внутренней памяти микропроцессоров типа СнК требует проведение отдельных экспериментов.
В данной статье предлагается проведение экспериментального исследования для подтверждения метода регистрации 8Би во внутренней ЕСС-памяти
Космическое и специальное электронное приборостроение
процессоров типа СнК, реализованных в FPGA. При получении достоверных результатов об интенсивности сбоев будет рассмотрен вопрос о практическом апробировании. В перспективе на КА можно импле-ментировать предложенную тестовую систему в FPGA одного технического уровня, но разного исполнения: industrial и space. А затем получить количество сбоев для FPGA разного исполнения и оценить эффективность радстойкой FPGA в реальных условиях эксплуатации.
В процессе экспериментального исследования планируется использовать источник ионизирующего излучения на основе точечного изотопа 90Sr-90Y, основная часть спектра бета-излучения которого соответствует энергии электронов в солнечных космических лучах [5].
Соответственно, исследуемый СнК-процессор будет облучаться источником электронов с известным спектром и задаваемой интенсивностью. Регистрация потока излучения будет проводиться с использованием торцевого счетчика Гейгера-Мюллера СБТ10/СБМ9 подключенного к системе автоматизированного счета импульсов. В ходе эксперимента СнК-микропроцессор будет размещен на плате и будет находиться в активном состоянии, выполняя свои функции. При облучении потоком ИИ выбранных участков СнК будет проводиться одновременная регистрация прошедшего излучения с помощью счетчика Гейгера-Мюллера и регистрация количества сбоев во внутренней памяти процессора с помощью аппаратного IP-блока для регистрации SEU.
Проведение данного исследования позволит оценить необходимость программной защиты памяти от сбоев, выявить наиболее уязвимые участки в архитектуре СнК и оценить зависимость между потоком излучения и количеством SEU.
Библиографические ссылки
1. Осипенко П. Одиночные сбои - вызов современных микропроцессоров // Электронные компоненты. 2009. № 7. С. 12-15.
2. Ханов В. Х. Метод регистрации SEU во внутренней памяти СнК-процессоров // Решетневские чтения : материалы Междунар. конф. Красноярск, 2015. Т. 2. С. 296-298.
3. Чекмарев С. А. Способ и система инъекции ошибок для тестирования сбоеустойчивых процессоров бортовых систем космических аппаратов // Вестник СибГАУ. 2014, № 4 (56). С. 132-138.
4. Первые результаты исследования космической среды на спутнике Университетский-Татьяна / В. А. Садовничий [и др.] // Космические исследования. 2007. Т. 45, № 4. С. 291-305.
5. Радиационные условия на орбите КА «Ионосфера» / И. П. Безродных [и др.] // Вопросы электромеханики. Тр. ВНИИЭМ. 2011. Т. 123, № 4. С. 19-28.
References
1. Osipenko P. Odinochnye sboi - vyzov sovremen-nykh mikroprotsessorov [Electronic component]. 2009, no. 7, P. 12-15.
2. Khanov V. Kh. [Method of registration SEU in the internal memory of SoC-processors]. Мaterialy XV Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2015, Vol. 2. P. 296-298.
3. Chekmarev S. A. [Method and system of error injection for testing the fault tolerance processor on-the board control system of spacecraft]. Vestnik SibSAU. 2014, No. 4 (56), P. 132-138.
4. Pervye rezul'taty issledovaniya kosmicheskoy sredy na sputnike Universitetskiy-Tat'yana / V. A. Sadovnichiy [et al.] [Space exploration]. 2007, Vol. 45, No. 4, P. 291305.
5. Radiatsionnye usloviya na orbite KA "Ionosfera" / I. P. Bezrodnykh [et al.] [Electromechanical matters. VNIIEM studies]. 2011, Vol. 123, no. 4, P. 19-28.
© Лепёшкина Е. С., Зуев Д. М., Чеснокова В. С., 2017
