Метод регистрации seu во внутренней памяти СнК-процессоров Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Решетнеескцие чтения. 2015

Таблица 2

Сравнительные характеристики герметиков Г-3/Л и У-30М

Наименование показателя Г-3/Л У-30М

Жизнеспособность, не менее, ч 1,0 2,0

Режим отверждения при (25±10) оС, сут. >3 7

Ускоренный режим отверждения, ч (25 ± 10) оС > 2 ч, (60 ± 5) оС > 8 ч (25 ± 10) оС > 24 ч, (65 ± 5) оС > 20 ч

Прочность при сдвиге, МПа, соединений алюминиевого сплава АМг-6 (без подслоя) >1,7 0,5

Прочность при сдвиге, МПа, соединений алюминиевого сплава АМг-6 (с подслоем) >2,6 1,4

Предел прочности при разрыве, МПа >1,5 2,6

Относительное удлинении при разрыве, % >250 160

Уд. объемное электрическое сопротивление при 20 °С, Ом-см >5,9 • 1012 3 • 106

Плотность, кг/м3 1 000,0 1 400,0

Цвет глубоко-черный черный с сероватым отливом

Таблица 3

Сравнительные характеристики клея-герметика П-8/Л и герметика 51-Г-23

Наименование показателя П-8/Л 51-Г-23

Жизнеспособность, не менее, ч 1,0 0,4

Режим отверждения при температуре (25±10) оС, сут., не менее 3,0 3,0

Ускоренный режим отверждения, ч (25 ± 10) оС > 2 ч, (60 ± 5) оС > 8 ч (25 ± 10) оС > 2 ч, (55 ± 5) оС > 24 ч

Прочность при сдвиге, МПа, соединений из алюминиевого сплава АМГ-6 (без подслоя) > 1,75 1,30

Предел прочности при разрыве, МПа > 2,20 2,10

Относительное удлинении при разрыве, % > 260 135

Уд. объемное электрическое сопротивление при 20 °С, Ом-см > 1,0 • 1013 2,6 • 1013

Цвет белый бело-бежевый

Взамен дефицитных герметиков типа 51-Г-23 разработан клей-герметик П-8/Л, нетоксичный, работоспособный от минус 196 °С до плюс 120 °С (кратковременно до 150 °С), предназначен для герметизации и крепления на платах печатного монтажа, жгутов, проводов и электрорадиоизделий (ЭРИ). Клей-герметик технологичный, тиксотропный, имеет вла-гопоглощение 1,5 % в течение 36 суток; удельное объемное сопротивление после выдержки во влажной среде в течение 14 сут. 1Д1011 ом-см; стоек к термо-циклированию от минус 60 °С до плюс 60 °С; к воз-

действию бензина (табл. 3). Установлено: герметики не вызывают коррозию алюминиевых, титановых магниевых сплавов Ма-21, стали 12Х18Н10Т и 08КП, меди и пермаллоя 79НМ. Герметики Г-3/Л и П-8/Л в от-вержденном состоянии имеют минимальные показатели газовыделения, соответствующие ГОСТ Р 50109-92.

Компаунд и герметики прошли квалификационные испытания в АО «ИСС», введены в ОСТ 92-1006-77 (ч. 1, ч.2).

© Троицкая О. Л., Гладких С. Н., Башарина Е. Н., 2015

УДК 681.3:629.7

МЕТОД РЕГИСТРАЦИИ 8Еи ВО ВНУТРЕННЕЙ ПАМЯТИ СнК-ПРОЦЕССОРОВ*

В. Х. Ханов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-шаП: [email protected]

Предложен метод регистрации БЕП, происходящих во внутренней ЕСС-памяти СнК-процессоров, реализованных в ЕРОА, под воздействием космического ионизирующего излучения.

Ключевые слова: одиночные сбои, тестирование сбоеустойчивости, СнК-процессоры.

*Исследование проводилось при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с соглашением № 14.574.21.0041, уникальный идентификатор ММЕГ157414Х0041.

Космическое и специальное электронное приборостроение

METHOD OF REGISTRATION SEU IN THE INTERNAL MEMORY OF SoC-PROCESSORS

V. Kh. Khanov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]

The paper presents a method for detecting SEU, taking place in the inner ECC-memory of SoC-processors implemented in the FPGA.

Keywords: single event upsets, fault tolerance testing, SoC-processors.

События SEU во внутренней памяти процессоров являются основной причиной отказов бортового оборудования [1]. На решение данной проблемы направлены большие усилия при создании сбоеустойчивых процессоров. Важным вопросом является оценка эффективности применяемых способов сбоеустойчиво-сти [2]. Оценка эффективности основана на данных экспериментальных исследований, полученных с помощью специальных дорогостоящих установок, эмулирующих естественное космическое излучение. Вопрос о получении достоверных данных о том, сколько сбоев происходит в ЯН-процессорах в условиях космоса, остается открытым: данные разрозненны, и по ним невозможно выполнить сравнительный анализ эффективности тех или иных технических решений по обеспечению сбоеустойчивости.

Обычно ЯН-процессоры имеют несколько уровней защиты: на уровне базовых технологий (например, кремний на кристалле или кремний на сапфире), на уровне компоновки элементарных блоков, на схемотехническом уровне построения элементарных блоков и на архитектурном уровне проектирования функцио-

нальных блоков [3]. Таким образом, образуется многоуровневая защита. Одним из обязательных способов обеспечения сбоеустойчивости на архитектурном уровне является применение ЕСС [4]. ЕСС обладают возможностями обнаружения ошибок и исправления ошибок, вызванных SEU. Если сбой обнаруживается ЕСС на архитектурном уровне, значит он уже преодолел первые три уровня. Чем лучшими БТ-свойствами обладает процессор, тем меньше ошибок регистрируется ЕСС.

В данной работе предлагается метод регистрации SEU, происходящих во внутренней ЕСС-памяти процессоров типа система на кристалле (СнК), реализованных в БРвЛ.

В СнК-процессор (см. рисунок) на его внутрикристальную шину (ВКШ) как отдельный независимый 1Р-блок имплементируется блок регистрации SEU (регистратор сбоев, РС). СнК-процессор должен быть оснащен внутрисхемным отладчиком (onchipdebugger, ОСБ) [5], имеющим независимый доступ к ВКШ, посредством которой происходит его взаимодействие с РС.

FPGA

IP-ядро процессора

Внутренняя ЕСС-память

I

I

Регистратов сбоев

Контроллер регистратора сбоев

Накопитель результатов

Внутрикристальная шина

J

I

Контроллер

внешнего интерфейса

Внешняя память

Управляющий компьютер

Архитектура тестируемой системы

Решетнееские чтения. 2015

Механизм ЕБЛС на базе ЕСС проектируется таким образом, чтобы в нем сохранялась информация о произошедших 8Еи. В простейшем случае могут сохраняться только признаки того, что сбой произошел и был исправлен или нет. В более сложном случае может сохраняться признак того, где произошел сбой - в кэш-памяти или в регистровом файле. А это является важной информацией, так как зачастую для кэш-памяти и регистрового файла используются разные ЕСС. Могут быть даже сохранены или адрес сбойной ячейки кэш-памяти, или номер сбойного регистра процессора, а также номер сбойного бита в процессорном слове.

Через ОСБ регистратор сбоев имеет возможность детектировать факт произошедшего сбоя, а затем и прочитать информацию о его признаках.

Информация накапливается во внутрикристальной памяти БРвЛ, в которой организуется накопитель результатов 8Еи. При сохранении результатов сбоя в накопителе РС дополнительно записывает время сохранения. Этот процесс происходит параллельно с основной работой процессора, который не приостанавливается при обращениях ОСБ к механизму ЕБЛС.

Периодически процессор считывает данные из накопителя, проводит простейшую обработку, например, подсчитывает количество сбоев всего и из них исправленных, и сохраняет эту информацию во внешней памяти. Далее эта информация может быть передана на Землю.

РС, накапливающий информацию о произошедших сбоях, сам является объектом воздействия тяжелых заряженных частиц и активных протонов. Поэтому, чтобы сохранить накопленную информацию и предотвратить сбои в своей работе, он должен быть надежно защищен на архитектурном уровне.

Вероятным вариантом защиты является троирование РС.

Для практического апробирования рассмотренного подхода можно предложить множество вариантов. Например, на одном КА можно имплементировать предложенную тестовую систему в БРвЛ одного тех-

нического уровня, но разного исполнения: industrial и space. А затем получить количество сбоев для FPGA разного исполнения и оценить эффективность рад-стойкой FPGA в реальных условия эксплуатации.

Библиографические ссылки

1. Осипенко П. Одиночные сбои - вызов современных микропроцессоров // Электронные компоненты. 2009. № 7. С. 12-15.

2. Чекмарёв С. А. Способ и система инъекции ошибок для тестирования сбоеустойчивых процессоров бортовых систем космических аппаратов // Вестник СибГАУ. 2014. № 4 (56). С. 132-138.

3. RHBDTechniques. [Электронный ресурс]. URL: http://www.skyflash.eu/project/radhardening/ (дата обращения: 10.08.2015).

4. Золотарев В. В., Овечкин Г. В. Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы : справ. М. : Горячая линия - Телеком, 2004. 126 с.

5. On Chip Debug [Электронный ресурс]. URL: http://www.asset-intertech.com/Technologies/On-Chip-Debug (дата обращения: 10.08.2015).

References

1. Osipenko P. [Singlefaults-problemsof modern microprocessors] Elektronnye komponenti. 2009, no 7, p. 12-15 (In Russ.)

2. Chekmarev S. A. [Method and system for testing a fault tolerance of processor board ofspacecraft systems via injection faults]. Vestnik SibGAU. 2014, no. 4, p. 132-138 (In Russ.)

3. RHBD Techniques. Available at: http://www.skyflash.eu/proj ect/radhardening/ (accessed 10.08.2015).

4. Zolotarev V. V., Ovechkin G. V. [Noiseless coding. Methods and algorithms.Handbook]. М. : Gorjachajlinia -Telekom, 2004, 126 p.

5. On Chip Debug Available at:http://www.asset-intertech.com/Technologies/On-Chip-Debug (accessed 10.08.2015).

© Ханов В. Х., 2015

УДК 004.045

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ВЕРИФИКАЦИЯ IP-БЛОКА В СОСТАВЕ СНК

А. В. Шахматов, В. Х. Ханов, С. А. Чекмарёв

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрены этапы функциональной верификации на примере разработанного IP блока RMAP-конт-роллера. Представлена верификационная модель тестируемого IP ядра RMAP-контроллера. Предложена архитектура аппаратного отладчика, содержащего верификационную модель.

Ключевые слова: функциональная верификация, система на кристалле, RMAP-контроллер.