基於數據差異性的軟體抗輻射技術研究

《基於數據差異性的軟體抗輻射技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由徐建軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於數據差異性的軟體抗輻射技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐建軍
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

空間環境下高能粒子輻射所產生的單粒子效應是半導體電路中的一種瞬態故障現象，是影響航天計算機可靠性的重要原因。隨著積體電路製造工藝的持續進步，處理器性能在大幅度提高的同時，其可信性也正日益面臨著單粒子效應的威脅。與硬體加固技術相比，針對單粒子效應的軟體容錯技術由於在實現成本和靈活性等方面的優勢而備受關注。但傳統軟體容錯技術在錯誤檢測能力和錯誤恢複方面存在不足。本項目將首先研究面向單粒子效應的錯誤分析模型；在此基礎上，研究基於數據差異性和指令復算的錯誤檢測方法，以提高軟體容錯的檢錯能力；然後，研究輕量級錯誤恢複方法和檢查點最佳化策略，以及細粒度錯誤恢復技術；最後，通過改造GCC編譯器實現所提出的軟體容錯技術。基於軟體實現的抗輻射技術，可以構建基於商用器件的高可靠、高性能的空間信息處理平台。本項目的研究可為延長衛星在軌飛行壽命、降低衛星研製成本、提高性能指標奠定技術基礎。

結題摘要

隨著積體電路製造工藝的持續進步，繼性能和功耗問題之後，單粒子效應所導致的計算可信性已成為一個日益嚴峻的課題。已有軟體抗輻射加固技術在錯誤檢測和錯誤恢複方面存在時空開銷大等不足，套用範圍受限。本項目首先面向暫存器單粒子效應問題研究了程式可靠性分析模型，並基於該模型提出了一種程式可靠性最佳化方法；提出了一種基於指令復算和數據差異性的故障檢測技術，以及對關鍵數據進行優先加固的可配置故障檢測方法；分別針對數據流錯誤和控制流錯誤研究了細粒度的錯誤恢復技術，可顯著降低錯誤恢復的時空開銷；在此基礎上，基於LLVM編譯器具體實現了上述軟體容錯方法，並通過改造二進制插樁框架Pin實現了一個故障注入工具，可以對容錯方法的有效性進行實際驗證。這些研究成果有效提高了軟體容錯技術的套用能力，從而為構建高可靠、高性能的空間信息處理平台提供技術支持。