Modeling of systems and processesModeling of systems and processesМоделирование систем и процессов2219-07672671210.12737/article_5c4f196acc8544.29734153Технические наукиТехнические наукиTHE ANALYTICAL METHOD OF ASSESSMENT OF EFFICIENCY OF ONE WAY OF INCREASE OF UPSET TOLERANCE OF MICROPROCESSOR SYSTEMSАналитический метод оценки эффективности одного способа повышения сбоеустойчивости микропроцессорных системАкининаЮлия СергеевнаAkininaYuliya SergeevnaТюринСергей ВладимировичTyurinSergey VladimirovichХудяковМаксим АнатольевичHudyakovMaksim Anatol'evichВоронежский государственный технический университетVoronezh State Technical University1131015https://zh-szf.ru/en/nauka/article/26712/view
Предлагается аналитический метод оценки потенциальной сбоеустойчивости микропроцессорных систем, базирующихся на сторожевом механизме на основе теговой памяти программ, специально формируемого микропроцессором признака «чтение кода команды» и организации дополнительного интерфейса типа «рукопожатие» между микропроцессором и программной памятью. Предложенный аналитический метод оценки эффективности без ограничений применим к микропроцессорам с CISC-архитектурой и многобайтным форматом команд любой кратности. В частности показано, что данный сторожевой механизм потенциально позволяет обнаруживать до 80% ошибок потока управления и однократных или многократных нечётных ошибок чтения программной памяти для микропроцессоров с трехбайтным форматом команд.
Предлагается аналитический метод оценки потенциальной сбоеустойчивости микропроцессорных систем, базирующихся на сторожевом механизме на основе теговой памяти программ, специально формируемого микропроцессором признака «чтение кода команды» и организации дополнительного интерфейса типа «рукопожатие» между микропроцессором и программной памятью. Предложенный аналитический метод оценки эффективности без ограничений применим к микропроцессорам с CISC-архитектурой и многобайтным форматом команд любой кратности. В частности показано, что данный сторожевой механизм потенциально позволяет обнаруживать до 80% ошибок потока управления и однократных или многократных нечётных ошибок чтения программной памяти для микропроцессоров с трехбайтным форматом команд.
Цифровая микропроцессорная техника стремительно проникает во все сферы человеческой деятельности, не исключая и бытовую сферу. Это обусловлено малыми размерами и малым энергопотреблением микропроцессорных систем при огромных их возможностях по решению различных вычислительных задач и задач управления. Однако цифровые системы подвержены воздействию разнообразных сбоев, что негативно влияет на надежность их функционирования и безопасность применения. Для обеспечения требуемого уровня надёжности и безопасности, необходимо применять дополнительные специальные средства, которые обнаруживают сбои и соответствующим образом устраняют возникающие последствия непосредственно во время работы (run-time) микропроцессорных систем. Одним из классов ошибок, существенным образом влияющих на надежность и безопасность систем управления, являются ошибки потока управления (Control-Flow Errors или CFE) [1-5], которые приводят к тому, что микропроцессорная система начинает реализовывать некоторую псевдопрограмму, интерпретируя коды команд как коды данных, а коды данных как коды команд. Подобный процесс инициализируется самоустраняющимися сбоями, которые самопроизвольно возникают в случайные моменты времени и кратковременно искажают коды программного счетчика, коды адреса или коды данных в магистралях микропроцессорной системы. Известно [1], что возникновение самоустраняющихся сбоев вызывают ошибки потока управления в 35% …75% случаях. Одним из наиболее эффективных путей, позволяющих парировать ошибки потока управления в режиме функционирования, является включение в состав микропроцессорной системы контуров повышения надежности (или отказоустойчивости, функциональной безопасности и других), на основе различных сторожевых механизмов, которые часто объединяют общим названием – «сторожевые таймеры» (watchdog timer). Сторожевые механизмы могут использоваться на различных уровнях архитектуры микропроцессорной системы. Важнейшей проблемой на сегодня представляется отсутствие понятных и доступных методик прогнозирования эффективности и целесообразного применения тех или иных сторожевых механизмов [2].
Fazel, S. Self-Organization And Self-Management In Control-Flow Error Mitigation / S. Faber // International journal of scientific & technology research. - 2015. - V. 4, № 11. - P. 112 - 119.Fazel, S. Self-Organization And Self-Management In Control-Flow Error Mitigation / S. Faber // International journal of scientific & technology research. - 2015. - V. 4, № 11. - P. 112 - 119.Платунов, А. Е. Сторожевые механизмы во встраиваемых вычислительных системах / А. Е. Платунов, А. С. Стерхов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2017. -Т. 17, № 2. - С. 301-311. - doi:10.17586/2226-1494-2017-17-2-301-311.Platunov, A. E. Storozhevye mehanizmy vo vstraivaemyh vychislitel'nyh sistemah / A. E. Platunov, A. S. Sterhov // Nauchno-tehnicheskiy vestnik informacionnyh tehnologiy, mehaniki i optiki. - 2017. -T. 17, № 2. - S. 301-311. - doi:10.17586/2226-1494-2017-17-2-301-311.Efficient mitigation of data and control flow errors in microprocessors / L. Parra, A. Lindoso, M. Portela ; L. Entrena, F. Restrepo-Calle, S. Cuenca-Asensi, A. Martinez-Alvarez // 14th European Conference on Radiation and Its Effects on Components and Systems (RADECS 2013). - Oxford, United Kingdom, 2013. - P. 402-405.Efficient mitigation of data and control flow errors in microprocessors / L. Parra, A. Lindoso, M. Portela ; L. Entrena, F. Restrepo-Calle, S. Cuenca-Asensi, A. Martinez-Alvarez // 14th European Conference on Radiation and Its Effects on Components and Systems (RADECS 2013). - Oxford, United Kingdom, 2013. - P. 402-405.Рожков, М. В. Перспективные подходы к повышению эффективности программного метода обнаружения ошибок потока управления / М. В. Рожков, С. В. Тюрин // Системы управления и информационные технологии. - 2013. - № 1(51). - C .65-71.Rozhkov, M. V. Perspektivnye podhody k povysheniyu effektivnosti programmnogo metoda obnaruzheniya oshibok potoka upravleniya / M. V. Rozhkov, S. V. Tyurin // Sistemy upravleniya i informacionnye tehnologii. - 2013. - № 1(51). - C .65-71.Рожков, М. В Математическая модель исполнения программы микропроцессором после возникновения ошибок потока управления / М. В. Рожков // Системы управления и информационные технологии. - 2014. -№1.1(55). - C. 190-198.Rozhkov, M. V Matematicheskaya model' ispolneniya programmy mikroprocessorom posle vozniknoveniya oshibok potoka upravleniya / M. V. Rozhkov // Sistemy upravleniya i informacionnye tehnologii. - 2014. -№1.1(55). - C. 190-198.Патент 2530325 РФ, МПК G06F. Способ повышения надежности микроЭВМ / М.В. Рожков, С.В. Тюрин ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ВГТУ». - № 2012116018/08 ; заявл. 19.04.2012 ; опубл. 10.10.2014.Patent 2530325 RF, MPK G06F. Sposob povysheniya nadezhnosti mikroEVM / M.V. Rozhkov, S.V. Tyurin ; zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO «VGTU». - № 2012116018/08 ; zayavl. 19.04.2012 ; opubl. 10.10.2014.Подвальный, С. Л. Повышение сбоеустойчивости микропроцессорных систем к ошибкам потока управления на основе архитектурной избыточности / С. Л. Подвальный, С. В. Тюрин, М. А. Худяков // Радиотехника. - 2017. - № 6. - С. 190-195.Podval'nyy, S. L. Povyshenie sboeustoychivosti mikroprocessornyh sistem k oshibkam potoka upravleniya na osnove arhitekturnoy izbytochnosti / S. L. Podval'nyy, S. V. Tyurin, M. A. Hudyakov // Radiotehnika. - 2017. - № 6. - S. 190-195.Теория вероятностей и математическая статистика для технических университетов. I. Теория вероятностей: учеб. пособие / О. Л. Крицкий, А. А. Михальчук, А. Ю. Трифонов, М.Л. Шинкеев. - Томск: Изд-во ТПУ, 2010. - 212 с.Teoriya veroyatnostey i matematicheskaya statistika dlya tehnicheskih universitetov. I. Teoriya veroyatnostey: ucheb. posobie / O. L. Krickiy, A. A. Mihal'chuk, A. Yu. Trifonov, M.L. Shinkeev. - Tomsk: Izd-vo TPU, 2010. - 212 s.