面向COTS DSP的可配置容错自动转换工具的研究与实现

摘要

在航天应用领域，数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）得到广泛的应用，然而空间环境下高能粒子辐射所产生的单粒子效应，对DSP的可靠性和使用寿命造成严重的影响。因此，为了提高航天器系统的可靠性，国内外对容错技术展开了研究。
　　容错技术按照实现方式分为硬件容错技术和软件容错技术。硬件实现的容错技术能够有效对抗高能粒子辐照影响，但会在功耗、性能等方面引入巨大开销。相比于硬件实现的容错技术,利用软件容错技术提高商用(Commercial Off-The-Shelf,COTS)DSP的可靠性在性能、功耗和成本等方面有显著优势,对于促进我国航天事业的发展有重要意义。然而，目前针对COTS DSP下的线性汇编语言的软件容错技术研究较少，且大多停留在算法研究阶段，不能进行自动化的容错转换。本文针对该问题，在COTS DSP线性汇编程序基础上进行研究，设计并实现了面向COTS DSP的可配置容错自动转换工具（Configurable and Automatic Fault Tolerance Conversion Tool，CAFTCT）。
　　面向COTS DSP的可配置容错转换工具，实现了线性汇编程序分析功能，获取线性汇编程序中的指令、虚拟寄存器和基本块信息。同时，还实现了容错转换功能，能够根据不同的容错算法进行容错转换，为了满足用户的性能约束需求，设计了可配置优化转换过程。可配置优化转换主要根据用户对性能的约束需求，在数据流加固过程中，采用对程序变量生命周期和依赖关系的静态分析方法，选取重要的变量进行加固；在控制流加固过程中，对程序进行基本块的重新划分，并且选择最优的控制流加固算法。
　　本文利用所设计出的可配置容错自动转换工具对COTS DSP的图像压缩程序进行容错转换。通过对比原应用程序和加固后程序的运行结果和压缩出来的图片信息，来验证经过容错转换工具所加固的程序的正确性。同时采用模拟故障注入实验，对加固后程序的有效性进行验证。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 本文最主要工作

1.3 论文结构

第二章 技术背景

2.1 TMS320C66xx系列DSP简介

2.2 容错技术概述

2.3 容错技术研究现状

2.4 容错转换工具

2.5 本章小结

第三章 可配置容错自动转换工具的关键技术

3.1 容错转换基本步骤

3.2 可配置加固技术

3.3 程序分析模块设计

3.4 可配置容错自动转换设计方案

3.5 本章总结

第四章 可配置容错自动转换工具的设计与实现

4.1 可配置容错自动转换工具简介

4.2 可配置容错自动转换工具整体设计

4.3 可配置容错自动转换工具的实现

4.4 可配置容错自动转换工具的评价

4.5 本章总结

第五章 实验

5.1 程序正确性实验

5.2 模拟故障注入实验

5.3 本章小结

第六章 结束语

6.1 本文工作总结

6.2 进一步工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果