Внутрикристальное инъектирование сбоев как процесс реального времени Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Секция «Автоматика и электроника»

УДК 681.3:629.7

ВНУТРИКРИСТАЛЬНОЕ ИНЪЕКТИРОВАНИЕ СБОЕВ КАК ПРОЦЕСС РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

Е. С. Лепешкина Научный руководитель - В. Х. Ханов

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

E-mail: klepka1111.93@mail.ru

Рассмотрен основной метод тестирования сбоеустойчивости космической аппаратуры -метод инъектирования сбоев. Обоснована необходимость использования реального времени при инъектировании сбоев. Проведено экспериментальное исследование, показывающее, что внутрикристальное инъектирование сбоев является процессом реального времени.

Ключевые слова: сбоеустойчивость, внутрикристальное инъектирование сбоев, реальное время, LEON.

ON-CHIP FAULT INJECTION AS REAL-TIME PROCESS

E. S. Lepeshkina Scientific Supervisor - V. Kh. Khanov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: klepka1111.93@mail.ru

This paper describes the fault injection as the main method of fault tolerance testing for space equipment. It demonstrates the need of real time for fault injection. According the results of experimental research the on-chip fault injection represents the real time process.

Keywords: fault tolerance, on-chip fault injection, real time, LEON3.

Одной из основных задач отечественных производителей электронного космического приборостроения является проектирование микропроцессоров, сбоеустойчивых к ионизирующему излучению космического пространства. Различают несколько видов сбоев, происходящих в космосе с электронной аппаратурой. Наиболее частыми сбоями микропроцессоров и систем на их основе являются одиночные сбои в памяти - во внутренней (кэш-память и файловые регистры) и внешней. Для тестирования механизмов обнаружения и коррекции сбоев используют инъектирование ошибок в память микропроцессора. Инъектирование имитирует результат воздействия космических тяжелых заряженных частиц.

Для микропроцессорных систем на кристалле может использоваться метод внутрикристального инъектирования сбоев с помощью встроенного аппаратного блока инъекции сбоев с использованием возможностей внутрикристального отладчика [1]. Данный метод обладает рядом преимуществ перед остальными: широкое разнообразие видов экспериментов по инъекции сбоев; малые задержки инъектирования, определяемые лишь временными циклами работы процессора; низкие затраты ресурсов ПЛИС типа FPGA, требуемые для реализации предложенных решений. В существующих работах по данной теме [2; 3] значимость скорости инъектирования и понятие инъектирования в реальном времени раскрыты не полностью.

Использование реального времени позволяет максимально точно представить реакцию системы на радиационное излучение и воздействие заряженных частиц в космосе. Показать, что внутрикристальное инъектирование сбоев является процессом реального времени, это значит не только проверить сам EDAC-механизм микропроцессорной системы, но и быть уверенным в том,

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1

что даже если сбой и произойдет, то система отработает эту ситуацию с наименьшим ущербом для себя.

Были проведены экспериментальные исследования на основе процессора ЬЕО№ и операционной системы реального времени (ОСРВ) ЯТЕМ8. Определено время выполнения и переключения между задачами в ЯТЕМ8 в двух случаях: без проведения инъектирования и при его воздействии. Настройки инъектора сбоев подобраны таким образом, чтобы сбои попадали либо на моменты выполнения задач, либо на их переключение. Для достоверного статистического анализа было выполнено 10 кампаний по 1000 измерений.

На рисунке представлено время выполнения одной кампании задач без инъектирования и с его проведением. Можно заметить, как происходит увеличение времени выполнения задачи при попадании в нее инъекции.

Сравнение времени выполнения задач с инъектированием и без инъектирования

В качестве оценки максимальной задержки можно принять разброс значений времени выполнения и переключения задач, который составляет 2000 тактов. Эта величина примерно в 75 раз меньше времени выполнения задачи.

Данное экспериментальное исследование подтверждает, что задержки, вносимые внутрикристальным инъектированием, существенно меньше времени выполнения и переключения задач, работающих под управлением ОСРВ, и поэтому практически не влияют на работу микропроцессорной системы в реальном времени. Таким образом, появляется возможность проведения совместной верификации работающих в реальном времени аппаратуры и бортового программного обеспечения микропроцессорных систем на этапах комплексной отработки и испытаний.

Библиографические ссылки

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

2. André V., Fidalgo А., Alves G., Ferreira J. Real Time Fault Injection Using Enhanced OCD -A Performance Analysis // Defect and Fault Tolerance in VLSI Systems, 2006. DFT'06. 21st IEEE International Symposium. 2006. Pp. 254-264.

3. Fidalgo A., Gerigota M., Alves G., Ferreira J. Real-time fault injection using enhanced on-chip debug infrastructures // Microprocessors and Microsystems. 2011. № 25. Pp. 441-452.

© Лепешкина Е. С., 2017