發(fā)布時間：2020-07-24 15:01

【摘要】： 本文圍繞適用于星載計算機等航天應用的宇航高可靠處理器的設(shè)計和驗證展開研究。空間輻射環(huán)境是宇航高可靠處理器在設(shè)計時需要特別考慮的因素。 首先,本文對空間輻射環(huán)境進行了初步的研究和分析,指出對處理器的行為有重大影響的幾種輻射效應,在邏輯上對處理器的影響主要表現(xiàn)在程序數(shù)據(jù)流(程序運行結(jié)果)和程序控制流(指令執(zhí)行順序)上,針對這些效應給出了當前主流的宇航高可靠處理器的設(shè)計方法學。 接著,本文選擇其中的單粒子翻轉(zhuǎn)事件(SEU),針對LEON3架構(gòu)進行了深入的研究,進行了基于COTS的高可靠設(shè)計與實現(xiàn),本文的主要工作和成果有以下幾點。 1.基于RTL故障注入的處理器可靠性評估機制RTLFIA和實現(xiàn)。本文提出并設(shè)計實現(xiàn)了一種基于RTL故障注入的處理器可靠性評估體系結(jié)構(gòu)RTLFIA和實驗平臺,該評估平臺的特點是:高效和高精度,然后采用該試驗平臺對LEON3的SEU可靠性進行了分析,得到了LEON3的IU的SEU可靠度。 2.高可靠IU原型(HRIU)。本文根據(jù)前面章節(jié)的分析結(jié)果深入研究了當前主流的基于COTS的體系結(jié)構(gòu)高可靠設(shè)計技術(shù),主要包括Hamming碼和三模冗余(TMR),并結(jié)合特定的應用對三模冗余(TMR)做了一定的改進,提出了BLOCK-TMR,采用這些技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)了高可靠的IU流水部件(HRIU),采用RTLFIA測試了其抗SEU的有效性,并綜合分析得到了開銷,實驗表明HRIU能有效的避免單次出現(xiàn)的SEU對處理器的影響并對多個SEU有較強的監(jiān)測能力。 3.一種新的控制流故障檢測算法KDCFCA。針對SEU對程序控制流有重大影響的事實和在某星載計算機設(shè)計和研制中發(fā)現(xiàn)的板級控制流故障檢測機制的不足,本文給出了片上控制流故障檢測模型,然后研究分析了當前存在的控制流檢測算法,并做了一定的改進,提出了KDCFCA,經(jīng)分析其能較好的完成控制流故障的檢測。
【學位授予單位】：國防科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TP332
【圖文】：

圖 1-1 論文結(jié)構(gòu)分析了 SEU 對處理器的影響。本章研究了基于故障注主流的各種故障注入手段的研究和比較，提出了基于 R體系結(jié)構(gòu) RTLFIA，并通過在 ModelSim 上實現(xiàn)該框架據(jù)流角度研究 SEU 對處理器的影響。本章針對第三章的能采用的可靠性設(shè)計手段，做了一定的評估和改進，最（HRIU）。制流角度研究 SEU 對處理器的影響。本章從分析我們算機設(shè)計上存在的不足出發(fā)，給出了一種片內(nèi)的控制控礎(chǔ)上研究分析了控制流故障檢測算法并作了改進，為后體系結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)控制流故障檢測機制提供指導。結(jié)束語，對我們所做的工作做了一定的總結(jié)，闡明下一

國防科學技術(shù)大學研究生院學位論文設(shè)圖 2-1(a)中存儲單元位線 BL 輸出為邏輯 0，即觸發(fā)器 Q 點為低電平，M1、M4截止而 M2、M3導通。此時一個高能粒子擊中觸發(fā)器中的反偏漏極 pn 結(jié)中的一個，如圖 2-1(b)中所示的漏極 p+區(qū)域。由于電離會產(chǎn)生電子-空穴對，被 pn 結(jié)的電場分離，產(chǎn)生一個電流脈沖，空穴流入漏極，由此流入 Q 點。電流脈沖使觸發(fā)器節(jié)點Q 的電容 C 充電，節(jié)點 Q 從電流收集到的電荷超過臨界電荷 Qcrit，使觸發(fā)器的輸出值發(fā)生了翻轉(zhuǎn)。

如圖 2-1(b)中所示的漏極 p+區(qū)域。由于電離會產(chǎn)生電子-空穴對，被 pn 結(jié)的電場分離，產(chǎn)生一個電流脈沖，空穴流入漏極，由此流入 Q 點。電流脈沖使觸發(fā)器節(jié)點Q 的電容 C 充電，節(jié)點 Q 從電流收集到的電荷超過臨界電荷 Qcrit，使觸發(fā)器的輸出值發(fā)生了翻轉(zhuǎn)。圖 2-1 RAM 的 SEU 出錯原理從邏輯上講，SEU 對微處理器影響的主要對象包括指令、操作數(shù)和一些狀態(tài)控制寄存器等。我們可以用下面的故障樹來表示 SEU 對處理器行為的影響過程。

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 肖松;李躍華;張金林;;空天信息系統(tǒng)的容錯設(shè)計與實現(xiàn)[J];電子器件;2011年01期

2 程炳琳;劉虎;劉剛;;基于BM3803+FPGA的磁懸浮飛輪磁軸承控制器的設(shè)計與實現(xiàn)[J];航天控制;2011年01期

相關(guān)碩士學位論文 前4條

1 萬毓西;嵌入式系統(tǒng)抗緩沖區(qū)溢出攻擊的硬件防御機制研究[D];華中科技大學;2011年

2 龔明楊;信息流跟蹤的研究與實現(xiàn)[D];華中科技大學;2011年

3 秦保力;基于嵌入式系統(tǒng)安全的信息流監(jiān)控機制的研究與實現(xiàn)[D];華中科技大學;2011年

4 趙剛;基于配置比特流的FPGA容錯技術(shù)的研究[D];北京化工大學;2013年

本文編號：2769002