本文關(guān)鍵詞：面向軟錯(cuò)誤的源代碼級(jí)故障恢復(fù)技術(shù)研究

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【摘要】：硬件集成電路瞬時(shí)故障(又被稱為軟錯(cuò)誤)是由空間高能粒子所導(dǎo)致的,它對(duì)航天器的壽命和可靠性影響極為嚴(yán)重。為了提高航天應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性,目前航天計(jì)算平臺(tái)采用經(jīng)過(guò)硬件加固的抗輻照器件,但抗輻照器件受到設(shè)計(jì)、材料、功耗等方面的制約,實(shí)現(xiàn)成本較高。與硬件加固相比,軟件加固技術(shù)無(wú)須修改底層硬件結(jié)構(gòu),能有效降低功耗和實(shí)現(xiàn)成本,并可以借助成熟的商用器件大幅提高性能。因此,軟加固技術(shù)受到各國(guó)航天領(lǐng)域的重視,成為競(jìng)相研究的的熱點(diǎn)。研究面向瞬時(shí)故障的軟加固技術(shù),對(duì)我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)具有極其重大的現(xiàn)實(shí)意義。本文在分析現(xiàn)有的軟加固技術(shù)上,針對(duì)源代碼級(jí)錯(cuò)誤恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究,主要貢獻(xiàn)如下:1.提出了一種源代碼級(jí)控制流恢復(fù)技術(shù)SICER。SICER能夠有效的檢測(cè)出函數(shù)間、基本塊之間和基本塊內(nèi)部三個(gè)層次的非法跳轉(zhuǎn),檢測(cè)范圍較廣,且SICER能夠有效的恢復(fù)同一函數(shù)內(nèi)基本塊之間和基本塊內(nèi)部的跳轉(zhuǎn)。該方法基于分段式標(biāo)簽分配和冗余備份實(shí)現(xiàn),在函數(shù)間和函數(shù)內(nèi)部進(jìn)行分層次設(shè)計(jì),使其具有良好的可配置性,可通過(guò)優(yōu)選檢測(cè)算法、重新劃分基本塊等方法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置。2.提出了一種基于校驗(yàn)和編碼的數(shù)據(jù)流恢復(fù)技術(shù)SIDER。SIDER是一種向前恢復(fù)的算法,其實(shí)現(xiàn)基于活躍數(shù)據(jù)備份及校驗(yàn)和編碼,減少了錯(cuò)誤恢復(fù)時(shí)保存現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)銷。此外,SIDER還提出了一種基于變量關(guān)鍵性分析的可配置優(yōu)化方法,在性能開(kāi)銷有限的情況下為程序變量建立了保護(hù)的優(yōu)先次序。3.采用本文提出的錯(cuò)誤恢復(fù)方法對(duì)某型號(hào)航天應(yīng)用軟件的部分代碼進(jìn)行了加固實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)故障注入工具RFISD(Random Fault Injection with Script Debug),基于CCStudio編譯器對(duì)加固后程序進(jìn)行了性能開(kāi)銷分析和故障注入實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文方法可將目標(biāo)軟件可靠性平均提升41%,時(shí)間開(kāi)銷為140.2%,空間開(kāi)銷為230.9%,加固效果顯著。
【關(guān)鍵詞】：軟錯(cuò)誤 軟件容錯(cuò) 控制流錯(cuò)誤恢復(fù) 數(shù)據(jù)流錯(cuò)誤恢復(fù) 故障注入
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V467
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 研究目標(biāo)及意義12
• 1.3 本文主要工作12-13
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)13-15
• 第二章 技術(shù)背景15-28
• 2.1 容錯(cuò)技術(shù)概述15-20
• 2.1.1 軟錯(cuò)誤的概念及其特征15
• 2.1.2 容錯(cuò)相關(guān)概念15-18
• 2.1.3 硬件容錯(cuò)技術(shù)18-19
• 2.1.4 軟件容錯(cuò)技術(shù)19-20
• 2.2 錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)相關(guān)研究現(xiàn)狀20-24
• 2.2.1 數(shù)據(jù)流錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)21-23
• 2.2.2 控制流錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)23-24
• 2.3 錯(cuò)誤恢復(fù)技術(shù)相關(guān)研究現(xiàn)狀24-27
• 2.3.1 數(shù)據(jù)流錯(cuò)誤恢復(fù)技術(shù)24-26
• 2.3.2 控制流錯(cuò)誤恢復(fù)技術(shù)26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第三章 源代碼級(jí)控制流恢復(fù)技術(shù)28-44
• 3.1 故障模型和相關(guān)概念28-30
• 3.1.1 故障模型28-29
• 3.1.2 相關(guān)概念29-30
• 3.2 SICER算法控制流錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制30-35
• 3.2.1 函數(shù)間的控制流錯(cuò)誤檢測(cè)31-32
• 3.2.2 函數(shù)內(nèi)部的控制流錯(cuò)誤檢測(cè)32-35
• 3.3 SICER算法控制流錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制35-42
• 3.3.1 活躍數(shù)據(jù)分析36-37
• 3.3.2 添加錯(cuò)誤恢復(fù)代碼37-39
• 3.3.3 SICER容錯(cuò)處理過(guò)程39-40
• 3.3.4 SICER可配置優(yōu)化方法40-42
• 3.4 SICER算法分析42-43
• 3.4.1 檢測(cè)盲點(diǎn)42
• 3.4.2 錯(cuò)誤恢復(fù)延遲42-43
• 3.5 本章小節(jié)43-44
• 第四章 源代碼級(jí)的數(shù)據(jù)流恢復(fù)技術(shù)44-55
• 4.1 故障模型和相關(guān)概念44-47
• 4.1.1 源代碼級(jí)錯(cuò)誤模型45-46
• 4.1.2 劃分容錯(cuò)處理基本單元46-47
• 4.2 SIDER容錯(cuò)處理機(jī)制47-50
• 4.2.1 SIDER錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制47-48
• 4.2.2 SIDER錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制48-49
• 4.2.3 SIDER算法描述49-50
• 4.3 SIDER算法分析50-52
• 4.3.1 SIDER數(shù)據(jù)流容錯(cuò)處理過(guò)程50-51
• 4.3.2 檢測(cè)盲點(diǎn)51
• 4.3.3 性能開(kāi)銷51-52
• 4.4 可配置優(yōu)化策略52-54
• 4.4.1 變量關(guān)鍵性分析52-54
• 4.4.2 變量關(guān)鍵性計(jì)算54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 加固算法實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證55-61
• 5.1 源代碼加固實(shí)現(xiàn)55-56
• 5.2 故障注入工具設(shè)計(jì)56-58
• 5.2.1 RFISD模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)56-57
• 5.2.2 RFISD工作流程57-58
• 5.3 故障注入實(shí)驗(yàn)58-60
• 5.3.1 性能開(kāi)銷實(shí)驗(yàn)58-59
• 5.3.2 故障注入實(shí)驗(yàn)59-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)束語(yǔ)61-63
• 致謝63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：766665