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,處理器對電源線擾動、溫度變化、各種輻射及電磁干擾的影響越來越敏感;同時,處理器在航天領域的應用對可靠性提出了更高的要求。因此,可靠性逐漸成為處理器設計時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的影響,使處理器中邏輯單元的內容發(fā)生翻轉,導致處理器發(fā)生故障。在設計容錯處理器之前,需要進行深入的軟錯誤敏感性分析,尤其是處理器在出現(xiàn)單粒子翻轉時的行為特性。而故障注入是處理器可靠性評估的

2、重要技術,因此故障注入工具的研究和設計具有重要意義。
　　通過分析比較當前處理器可靠性評估的主流方法和原理,本文選用模擬故障注入技術來進行處理器敏感性分析。在此基礎上,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)位翻轉的故障模型,采用仿真命令技術加以實現(xiàn),工具調用ModelSim作為仿真模擬器。為了實現(xiàn)故障注入過程的自動化,采用perl語言來實現(xiàn)故障注入的核心算法部分,如調用故障模型和模擬器;對于模擬器仿真命令

3、接口,采用Tcl語言實現(xiàn)故障注入工具與模擬器的交互。同時,針對模擬故障注入仿真時間長的缺點,使用基于觀察點的加速策略對故障注入工具進行了優(yōu)化,使得故障注入實驗時間減少。
　　最后,以LEON3處理器為目標模型進行了故障注入實驗,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,并對敏感性較高的流水線寄存器采用三模冗余技術加固之后再次進行可靠性評估,從而驗證了該故障注入工具的有效性。本文提出的故障