CC BY
18<Тешетневс^ие чтения. 2016
размер матрицы ИК-детектора: 160x120 точек; температурный диапазон: -40.. .+100 С; максимальное расстояние до объекта измерения:
5 м.
Библиографические ссылки
1. ESA Standard ECSS-E-50-12C SpaceWire - Links, nodes, routers and networks. European cooperation for space standardization // ESA Publications Division ESTEC. The Netherlands, Noordwijk, 2008. 129 p.
2. ESA Standard ECSS-E-ST-50-52C SpaceWire -Remote memory access protocol. European cooperation for space standardization // ESA Publications Division ESTEC. The Netherlands, Noordwijk, 2010. 109 p.
3. Разработка транспортного протокола СТП-ИСС для бортовых сетей SpaceWire / Ю. Е. Шейнин, В. Л. Оленев, И. Я. Лавровская и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16, № 6 (2). С. 632-639.
4. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео / Д. Ватолин, А. Ратушняк, М. Смирнов и др. М. : Диалог-МИФИ, 2002. 384 с.
5. Миано Дж. Форматы и алгоритмы сжатия изображений в действии. М. : Триумф, 2003. 336 с.
References
1. ESA Standard ECSS-E-50-12C SpaceWire - Links, nodes, routers and networks. European cooperation for space standardization. ESA Publications Division ESTEC. The Netherlands, Noordwijk, 2008. 129 p.
2. ESA Standard ECSS-E-ST-50-52C SpaceWire -Remote memory access protocol. European cooperation for space standardization. ESA Publications Division ESTEC. The Netherlands, Noordwijk, 2010. 109 p.
3. Sheynin Yu. E., Olenev V. L., Lavrovskaya I. Ya., Korobkov I. L., Kochura S. G., Open'ko S. I., Dymov D. V. [Development of the STP-ISS transport protocol for the onboard SpaceWire networks] // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk. 2014. Vol. 16, № 6. P. 632-639. (in Russ.)
4. Vatolin D., Ratushnyak A., Smirnov M., Yukin V. [Data compression methods. Archiver design, image and video compression]. Moscow : Dialog-MIFI, 2002. 384 p. (In Russ.)
5. Miano J. Formaty i algoritmy szhatiya izobrazheniy v deystvii [Compressed image file formats: JPEG, PNG, GIF, XMB, BMP]. Moscow : Triumf, 2003. 336 p. (In Russ.)
© Тимофеев А. С., Шаранок А. С., Афонина В. А., 2016
УДК 681.3:629.7
ВНУТРИКРИСТАЛЬНОЕ ИНЪЕКТИРОВАНИЕ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ
В. X. Ханов*, С. А. Чекмарёв, Е. С. Лепешкина
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: *[email protected]
Рассмотрен вопрос тестирования сбоеустойчивости микропроцессоров к ионизирующему излучению космического пространства. Обосновывается актуальность инъектирования сбоев в реальном времени. Для этой цели для микропроцессоров типа «система на кристалле» предлагается внутрикристальное инъектирование.
Ключевые слова: сбоеустойчивость, инъектирование сбоев, реальное время.
REAL TIME ON-CHIP INJECTION V. Kh. Khanov*, S. A. Chekmarev, E. S. Lepeshkina
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: * [email protected]
This paper describes the problem of microprocessor radiation fault tolerance testing. It demonstrates the need of real time fault injection. With this view for SoC-microprocessors the paper proposes on-chip injection.
Keywords: fault tolerance, fault injection, real time.
Инъектирование сбоев - это способ оценки сбое-устойчивости системы путем преднамеренного введения (инъектирования) сбоев в нее. Обеспечение сбое-устойчивости является важной проблемой повышения надежности электронной компонентной базы, исполь-
зующейся в космосе. Существующие методы инъекции сбоев можно классифицировать по скорости инъектирования как быстрые и медленные. В работах [1; 2] вводится понятие инъектирования в реальном времени.
"Космическое и специальное электронное приборостроение
Тестируемая система
Управляющий компьютер
контроллер
«О
Ft:
4г+
внутренняя память
СнК
Контроллер памяти
Ft
ч—►
Внешняя память
Инъектор сбоев
Концептуальная архитектура FI-метода для СнК-процессоров
Реальное время инъектирования предполагает внесение сбоев с задержками, меньшими времени отклика микропроцессорной системы на внешние события, например, при синхронном обмене с внешними устройствами. Кроме того, инъектирование в реальном времени необходимо для создания множественных сбоев способом быстрого последовательного внесения однократных сбоев в соседние биты памяти. Данные два обстоятельства подтверждают важность RTFI и актуальность исследований, проводимых в данном направлении.
В работах [1; 2] также предложена схема инъекти-рования с использованием внутрикристального порта тестирования (On Chip Debugging, OCD) и показано, что инъектирование во внешнюю память в режиме без остановки процессора происходит в реальном времени. Предложен также вариант системы инъектирования во внутреннюю память в реальном времени. Однако он отличается высокой инвазивностью, т. е. внесением изменений в ядро процессора, что ограничивает его практическое применение.
В работах [3; 4] предложено решение данной задачи для микропроцессоров типа «система на кристалле» (СнК-процессор) с помощью схемы внутрикристального инъектирования (см. рисунок). Инъектор сбоев в виде отдельного сложно-функционального блока (СФ-блока) располагается внутри процессора на внутрикристальной шине (ВКШ), он автономно проводит инъектирование, а управляющий компьютер, занимается только сбором статистики.
Данная архитектура инъектирования позволяет выполнять инъекции как во внутреннюю, так и во внешнюю память микропроцессора. По окончании процесса тестирования инъектор сбоев изымается из микропроцессора без каких-либо последствий для СнК-процессора.
Экспериментальные исследования над предложенной схемой проведены над софт-процессором LEON3. Задержка инъектировани t3 привязана к количеству тактов микропроцессора в соответствии с выражением
t _ N0 ±АУ ^ F , где N0 - среднее число тактов, необходимых для внесения инъекции; AN - максимальное отклонение от
среднего показателя числа тактов, необходимых для внесения инъекций; F - системная частота. Установлено, что для предложенной схемы значение (No + JN) составляет: в режиме с остановкой процессора - не более 61 системного такта, а в режиме без остановки процессора - не более 47 системных тактов, что составляет при F = 25 МГц соответственно 2,44 и 1,88 мкс.
Таким образом, внутрикристальное инъектирова-ние можно охарактеризовать как очень быстрое, соответствующее реальному времени для генерации муль-тибитовых сбоев и взаимодействию микропроцессора с внешними устройствами, в том числе по последовательному интерфейсу.
Библиографические ссылки
1. Fidalgo A. Using NEXUS Compliant Debbuggers for Real Time Fault Injection on Microprocessors/ A. Fidalgo, J. Ferreira // SBCCI'06 19th Symposium on Integrated Circuits and System Design: Brazil Brazil - August 28 - September 01, 2006. P. 214-219.
2. Fidalgo A. Real-time fault injection using enhanced on-chip debug infrastructures / A. Fidalgo, M. Gerigota, G. Alves, J. Ferreira // Microprocessors and Microsystems. 2011. № 25. P. 441-452.
3. Чекмарёв С. А. Способ и система инъекции ошибок для тестирования сбоеустойчивых процессоров бортовых систем космических аппаратов // Вестник СибГАУ. 2014. № 4(56). С. 132-138.
4. Chekmarev S. A., Khanov V. Kh., Anta-moshkin О. А. Modification of Fault Injection Method via On-Chip Debugging for Processor Cores of Systems-On-Chip // 2015 International Siberian Conference on Control and Communications (Sib^n), Proceedings. Omsk, May 21-23, 2015. 4 p.
References
1. Fidalgo A., Ferreira J. Using NEXUS Compliant Debbuggers for Real Time Fault Injection on Microprocessors // SBCCI'06 19th Symposium on Integrated Circuits and System Design: Brazil Brazil - August 28 - September 01, 2006. P. 214-219.
2. Fidalgo A. Real-time fault injection using enhanced on-chip debug infrastructures / A. Fidalgo, M. Gerigota, G. Alves, J. Ferreira // Microprocessors and Microsystems 2011. № 25. P. 441-452.
Тешетневс^ие чтения. 2016
3. Chekmarev S.A., [Method and system for testing a fault tolerance of processor board of spacecraft systems via injection faults] // Vestnik SibGAU. 2014. № 4. P. 132-138 (In Russ.)
4. Chekmarev S. A., Khanov V. Kh., Antamo-shkin O. A. Modification of Fault Injection Method via
On-Chip Debugging for Processor Cores of Systems-On-Chip // 2015 International Siberian Conference on Control and Communications (Sib^n^^), Proceedings. Omsk, May 21-23. 2015. 4 p.
© Ханов В. X., Чекмарёв С. А., Лепешкина Е. С., 2016
УДК 681.3:629.7
ПРОЕКТЫ СИБГАУ ДЛЯ БОРТОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ SPACEWIRE КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ АО «ИСС»
В. X. Ханов*, Д. В. Дымов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: *[email protected]
Представлен обзор проектов, выполненных СибГАУ в интересах АО «ИСС», в области создания бортовых информационных сетей на базе технологии SpaceWire.
Ключевые слова: сбоеустойчивость, инъектирование сбоев, реальное время.
SibSAU PROJECTS FOR THE ONBOARD OF INFORMATION NETWORK SPACEWIRE
OF SPACECRAFT JSC "ISS"
V. Kh. Khanov*, D. V. Dymov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: * [email protected]
This paper presents an overview of the projects carried out by SibSAU for JSC "ISS" in the field of on-board information networks on the basis of SpaceWire technology.
Keywords: fault tolerance, fault injection, real time.
В настоящее время основным способом комплек-сирования систем космических аппаратов (КА) производства АО «ИСС» является мультиплексный канал обмена (МКО), соответствующий стандарту MIL-STD-1553B [1]. Однако уже почти 10 лет назад стало понятно, что возможности МКО не отвечают возросшим требованиям по организации обмена между системами КА, в связи с чем на АО «ИСС» были инициированы работы по исследованию возможностей организации бортовой сети КА на основе технологии SpaceWire, которая появилась как раз в это время. К этим работам были привлечены специалисты лаборатории электронного космического приборостроения созданной в той момент вСибГАУ.
СибГАУ отводилась роль проведения прикладных исследований по проблематике создания инфраструктуры сети SpaceWire на элементной базе ПЛИС типа FPGA и демонстрация ее возможностей. В качестве базового узла бортовой сети был определен процессорный модуль типа «система на кристалле» на основе процессора LEON3 [2], поэтому инфраструктуру сети требовалось создать в виде сложно-функциональных блоков (СФ-блоков) для данного процессора. Одновременно с формированием целей и задач исследований лаборатория СибГАУ была оснащена необходимым оборудованием для проведения предстоящих работ, включая комплекс GR RASTA.
Инфраструктура сети SpaceWire включает три базовые функциональные устройства: кодек сети, маршрутизирующий коммутатор и контроллер протокола удаленного доступа RMAP.
В качестве кодека сети SpaseWire был выбран и использован открытый СФ-блок SpaseWireLight [3]. Данные кодек свободно распространяется без всяких условий и имеет хорошую репутацию. Первоначально он был использован без каких-либо изменений, впоследствии кодек был доработан специалистами лаборатории СибГАУ для повышения отказоустойчивости обмена в сети SpaceWire.
Маршрутизирующий коммутатор и контроллер RMAP были разработаны полностью самостоятельно, так как для данных устройств нет хороших открытых проектов. Разработки выполнены в полном соответствии с рекомендациями стандартов ECSS-E-ST-50-12C [4] (SpaceWire) и ECSS-E-ST-50-52C [5] ^МАР). Процесс разработки сопровождался неоднократной демонстрацией в АО «ИСС» работоспособности и возможностей разработанных устройств как автономно - в составе отдельных процессорных модулей разной структуры, так и комплексно - в составе инженерной модели сети SpaceWire, состоящей из нескольких устройств, имитирующих бортовую аппаратуру КА, взаимодействующую по сети.
