基于Profile检查点的航天级软件加固机制

摘要

星载计算机工作于辐射环境复杂的外太空，高能宇宙射线是影响星载计算机工作的重要因素，这些因素会导致航天器存储器件发生单粒子翻转效应（S ingle Eve nt Upse t，简称SEU）。S EU会触发硬件瞬时错误，从而使得软件故障和出现错误的几率成倍增长。为了满足星载计算机高可靠性需求，硬件加固与软件加固缺一不可。
　　多数嵌入式实时操作系统都会提供一套自带的检错恢复机制来应对SEU。重启任务是其主要手段之一，但是这种方法恢复代价巨大，会造成严重的系统资源浪费。因此，开发一种兼具可靠性与实时性的软件加固机制势在必行。
　　本文主要工作如下：
　　首先对星载计算机工作所处的严峻宇宙环境以及星载计算机的可靠性需求进行深入分析。然后对目前的容错技术进行分类对比，尤其对软件加固中的检查点机制进行细致研究。通过与概率论相结合，对SEU硬件瞬时错误导致的软件错误代码分布进行分析，提出基于Profile的检查点模型以及P BC算法。与传统检查点相比，本机制具有以下两个优点：一，在同一段测试代码，基于Pro file的检查点可以使用较少的检查点，较少的空间开销，获取比传统检查点技术更高的恢复性能；二，可以通过用户指导，动态的优化检查点插入位置，快速适应宇宙环境的变化。
　　最后，本文基于该软件加固思想，采用BM3803处理器和VxWorks嵌入式操作系统搭建实验平台，实现基于Profile的检查点和传统检查点加固机制，并对两者回滚效率进行对比。实验结果表明，基于Profile的检查点相较于传统检查点具有明显的优势。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 论文工作

1.3 论文结构

第二章 星载计算机的容错技术

2.1 硬件加固和软件加固技术

2.2 检查点技术

2.3 故障注入机制

2.4 航天级软件加固

2.5 本章小结

第三章 基于Profile的检查点模型

3.1 模型背景

3.2 基于Profile的检查点模型及PBC算法

3.3 模型算法分析

3.4 本章小结

第四章 基于Profile的VxW orks检查点机制设计与实现

4.1 VxWorks简介

4.2 检查点的实现方法

4.3 结合VxWorks的软件检错机制

4.4 单粒子故障注入软件

4.5 本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1 实验目的及实验环境

5.2 测试目标程序：RIP路由协议

5.3 测试结果与结论

5.4 本章小结

结 束 语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果