基于fpga的故障注入技术的研究

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1、硕士学位论文基于FPGA的故障注入技术的研究ResearchoffaultinjectiontechnologybasedonFPGA仲广沛哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP302.8学校代码：10213国际图书分类号：681.39密级：公开工程硕士学位论文基于FPGA的故障注入技术的研究硕士研究生：仲广沛导师：杨孝宗教授申请学位：工程硕士学科：计算机技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP302.8U.D.C:681.39D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHOFFAULTINJECTIONTECHNOLOGYBASEDONFPGACandidate：ZhongGuangpeiSupervisor：Prof.YangXiaozongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ComputerTechnologyAffiliation：SchoolofComputerScienceandTechnologyDate

3、ofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要近年来，FPGA呈现出迅猛发展的态势，广泛应用于航天、航空、金融等国防、民生领域。然而由于自身构造的原因，使其极容易在各种复杂的环境中发生故障，因此这些领域的专用计算机都会配有相应的容错系统。而为了验证这些系统的可靠性与容错性，则需要专门的故障注入工具进行精确而实时的在线注入。这便是本文研究的重点。本文针对当前主流的SRAM型FPGA进行

4、了简单的分析，指出了其容易发生的单粒子翻转软错误与单粒子闩锁的硬错误。将FPGA系统划分为已知源码的白盒目标系统与未知源码的黑盒目标系统。针对前者，通过分析当前主流的代码修改技术，决定采用支持突变技术的分支语句修改策略，借助硬件描述语言，将故障从门级传播到I/O管脚。针对黑盒目标系统，先简要分析了传统硬件及各种总线故障注入的优缺点，然后针对1553B总线，介绍了其总线的特性，并基于这些特性提出了接口模拟的故障注入方案，主要包括硬件接口与协议接口，利用FPGA在总线传播过程中引入故障。本文依据这两种技术，均开发了一套故障注

5、入工具。支持注入固定0、固定1、翻转等故障类型。在FPGA内部，支持最多16个信号的故障叠加与触发；在1553B总线传播过程中，支持注入位置包括同步头、奇偶校验位、数据位，并可同时对数据字、命令字、状态字进行注入。最后本文使用设计的故障注入工具，验证了控制系统与总线的容错性能，成功注入了故障。得出结论：针对不同的FPGA系统，无论是在系统内部添加注入单元还是在模拟接口处修改信号，均可实现故障的注入。关键字：故障注入；现场可编程逻辑门阵列；VHDL；1553B总线-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInre

6、centyears,theFPGAtechnologyhasbeenrapidlydevelopedandusedinsuchareasasaerospace,finance,nationaldefenseandpeople’slivelihood.However,thedisadvantagesofFPGAcomponentscouldeasilyleadtobreakdownswhenthesystemrunsinvarietiesofcomplicatedenvironments.Thenormalsolution

7、istoequipFaultTolerantSystems(FTS)inthecomputers.Toexamthereliabilityandthefault-tolerantabilityofthesystem,FaultInjectionTools(FITs)areneededtomakeonlineinjectionsaccuratelyinrealtime,whichisthefocusofthispaper.Inthepaper,Igaveasimpleanalysisofthecurrentmainstre

8、amSRAM-typeFPGAandpointedoutitsSingleEventUpset(SEU)softerrorandSingleEventLatch-up(SEL)harderrorwhichcouldeasilyhappen.ThenIdividedtheFPGAsystemintoasource-co