基于VHDL故障注入的處理器敏感性分析.pdf

1、隨著集成電路工藝的發(fā)展,處理器對(duì)電源線擾動(dòng)、溫度變化、各種輻射及電磁干擾的影響越來越敏感;同時(shí),處理器在航天領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)可靠性提出了更高的要求。因此,可靠性逐漸成為處理器設(shè)計(jì)時(shí)和性能同等需要考慮的重要問題。特別是在太空環(huán)境中,處理器很容易受到單粒子翻轉(zhuǎn)的影響,使處理器中邏輯單元的內(nèi)容發(fā)生翻轉(zhuǎn),導(dǎo)致處理器發(fā)生故障。在設(shè)計(jì)容錯(cuò)處理器之前,需要進(jìn)行深入的軟錯(cuò)誤敏感性分析,尤其是處理器在出現(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)時(shí)的行為特性。而故障注入是處理器可靠性評(píng)估的

2、重要技術(shù),因此故障注入工具的研究和設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　通過分析比較當(dāng)前處理器可靠性評(píng)估的主流方法和原理,本文選用模擬故障注入技術(shù)來進(jìn)行處理器敏感性分析。在此基礎(chǔ)上,開發(fā)了一種適用于VHDL處理器模型的故障注入工具。該工具基于瞬態(tài)位翻轉(zhuǎn)的故障模型,采用仿真命令技術(shù)加以實(shí)現(xiàn),工具調(diào)用ModelSim作為仿真模擬器。為了實(shí)現(xiàn)故障注入過程的自動(dòng)化,采用perl語言來實(shí)現(xiàn)故障注入的核心算法部分,如調(diào)用故障模型和模擬器;對(duì)于模擬器仿真命令

3、接口,采用Tcl語言實(shí)現(xiàn)故障注入工具與模擬器的交互。同時(shí),針對(duì)模擬故障注入仿真時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn),使用基于觀察點(diǎn)的加速策略對(duì)故障注入工具進(jìn)行了優(yōu)化,使得故障注入實(shí)驗(yàn)時(shí)間減少。
　　最后,以LEON3處理器為目標(biāo)模型進(jìn)行了故障注入實(shí)驗(yàn),得到了整型處理單元和指令Cache、數(shù)據(jù)Cache在不同benchmark下的敏感性,并對(duì)敏感性較高的流水線寄存器采用三模冗余技術(shù)加固之后再次進(jìn)行可靠性評(píng)估,從而驗(yàn)證了該故障注入工具的有效性。本文提出的故障