一種分析dsp軟件系統(tǒng)的單粒子軟錯(cuò)誤可靠性計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可靠性計(jì)算方法，特別是一種分析DSP軟件系統(tǒng)的單粒子軟錯(cuò)誤 可靠性計(jì)算方法，涉及單粒子效應(yīng)的DSP系統(tǒng)的可靠性計(jì)算，可用于指導(dǎo)提高系統(tǒng)可靠性 設(shè)計(jì)，屬于系統(tǒng)可靠性領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 航天領(lǐng)域中的電子器件常常會(huì)受到空間高能粒子的沖擊而發(fā)生電路邏輯狀態(tài)的 改變，這種現(xiàn)象被稱為單粒子效應(yīng)。單粒子效應(yīng)會(huì)對(duì)航天器的安全造成極大的威脅，因此人 們對(duì)此十分關(guān)注。對(duì)此人們希望得到在單粒子效應(yīng)下電子器件的可靠性。
[0003]目前，有許多論文對(duì)如何評(píng)價(jià)由于單粒子效應(yīng)造成的可靠性進(jìn)行了研究。例如，論 文"A systematic methodology to compute the architectural vulnerability factors for a high-performance microprocessor"研究了發(fā)生軟錯(cuò)誤之后導(dǎo)致系統(tǒng)失效的可能 性，為了量化體系結(jié)構(gòu)和微體系結(jié)構(gòu)的掩蓋因素，論文中引入了體系結(jié)構(gòu)脆弱性因子來表 示某個(gè)處理器結(jié)構(gòu)發(fā)生軟錯(cuò)誤后系統(tǒng)失效的可能性。但是這種方法只跟蹤指令，而忽略了 數(shù)據(jù)，分析粒度太粗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種分析DSP軟件系統(tǒng) 的單粒子軟錯(cuò)誤可靠性計(jì)算方法，這種方法利用DSP軟件系統(tǒng)的模塊劃分和模塊拓?fù)潢P(guān)系 的結(jié)果，使用深度優(yōu)先搜索尋找模塊拓?fù)潢P(guān)系中起始模塊和終止模塊之間的所有路徑，并 使用重要性抽樣的方法抽取若干路徑，求取DSP軟件系統(tǒng)的單粒子軟錯(cuò)誤可靠性；本發(fā)明 對(duì)工程文件采用基于模塊劃分并搜索路徑的方法，解決了單粒子效應(yīng)下DSP系統(tǒng)輸出正確 結(jié)果的概率計(jì)算問題，利用重要性抽樣方法選取部分路徑路徑，對(duì)整體貢獻(xiàn)大的路徑賦予 更大的重要性權(quán)值，在更大的重要性權(quán)值部分抽取更多的路徑樣本，抑制了小權(quán)值路徑對(duì) 系統(tǒng)的影響，增加了計(jì)算效率，并且抽取的樣本均值為總體均值的無偏估計(jì)，使得計(jì)算結(jié)果 更為可靠。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種分析DSP軟件系統(tǒng)的單粒子軟錯(cuò)誤可靠性計(jì)算方 法，步驟如下：
[0006] (1)對(duì)DSP軟件系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分；
[0007] (2)建立步驟⑴中劃分出的各模塊之間的拓?fù)潢P(guān)系圖G(V，E);
[0008] (3)利用深度優(yōu)先遍歷搜索模塊拓?fù)潢P(guān)系圖G(V，E)中起始模塊到終止模塊之間 所有的路徑；
[0009] (4)設(shè)置并計(jì)算模塊正確輸出結(jié)果的相關(guān)參數(shù)，所述相關(guān)參數(shù)包括SERF值、當(dāng)前 模塊本身受到單粒子翻轉(zhuǎn)的錯(cuò)誤率、傳播錯(cuò)誤率、模塊從失效狀態(tài)轉(zhuǎn)移到正常狀態(tài)的概率 y、馬爾可夫模型的連續(xù)時(shí)間轉(zhuǎn)移矩陣和各個(gè)模塊輸出正確結(jié)果的概率；
[0010] (5)采用重要性抽樣法選取路徑并計(jì)算DSP系統(tǒng)整體輸出正確結(jié)果的概率。
[0011] 所述步驟（1)中對(duì)DSP軟件系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分；具體步驟為：
[0012] (1-1)使用TI反匯編工具分析軟件系統(tǒng)的可執(zhí)行? out文件，生成反匯編文件；進(jìn) 而讀取反匯編文件，對(duì)DSP軟件系統(tǒng)的匯編代碼進(jìn)行分析；
[0013] (1-2)對(duì)DSP軟件系統(tǒng)的匯編代碼進(jìn)行第一次掃描，根據(jù)匯編代碼中函數(shù)的命名 規(guī)則識(shí)別出DSP軟件系統(tǒng)工程下的各個(gè)函數(shù)，并根據(jù)每個(gè)函數(shù)內(nèi)部的函數(shù)調(diào)用指令得到各 個(gè)函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系；
[0014] (1-3)對(duì)DSP軟件系統(tǒng)的匯編代碼進(jìn)行第二次掃描，分析第一遍掃描得到的每 個(gè)函數(shù)中的匯編指令，確定每個(gè)函數(shù)中各個(gè)模塊的入口指令，并記錄其入口指令對(duì)應(yīng)的地 址；
[0015] (1-4)對(duì)DSP軟件系統(tǒng)的匯編代碼進(jìn)行第三次掃描，劃分出各個(gè)函數(shù)中的模塊，根 據(jù)步驟（1-3)中得到的各個(gè)模塊入口指令地址信息確定出模塊的范圍，從而完成DSP軟件 系統(tǒng)模塊劃分。
[0016] 所述步驟⑵中建立步驟⑴中劃分出的各模塊之間的拓?fù)潢P(guān)系圖G(V，E);具 體為：首先獲得每個(gè)函數(shù)內(nèi)的模塊之間的關(guān)系，然后根據(jù)步驟（1-2)中獲得的各個(gè)函數(shù)間 的調(diào)用關(guān)系得到整個(gè)DSP軟件系統(tǒng)工程中模塊之間的拓?fù)潢P(guān)系；用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的有向圖 G(V, E)表示模塊的拓?fù)潢P(guān)系，其中點(diǎn)集V = Ivi I i = 1，2,，. . .，M}表示模塊，E表示兩個(gè)模 塊之間的連接關(guān)系。
[0017] 所述步驟（3)中利用深度優(yōu)先遍歷搜索模塊拓?fù)潢P(guān)系圖G(V，E)中起始模塊到終 止模塊之間所有的路徑；步驟為：
[0018] (3-1)確定模塊拓?fù)潢P(guān)系圖G(V，E)的起始模塊和終止模塊；所述拓?fù)潢P(guān)系圖 G (V，E)的起始模塊為main函數(shù)的第一個(gè)模塊；所述拓?fù)潢P(guān)系圖G (V，E)的終止模塊為沒有 后繼t吳塊的t吳塊；
[0019] (3-2)使用C語言標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)malloc函數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中申請(qǐng)一個(gè)模塊結(jié)構(gòu)體大 小的內(nèi)存空間，用來存放模塊的數(shù)據(jù)和指針信息；
[0020] (3-3)將起始模塊入棧，并設(shè)置為已訪問；
[0021] (3-4)判斷當(dāng)前棧頂模塊是否為終止模塊，若是終止模塊，則執(zhí)行步驟（3-5)，否 則執(zhí)行步驟（3-6);
[0022] (3-5)新建一個(gè)數(shù)組用于保存棧中的各個(gè)元素，數(shù)組中的所有元素構(gòu)成一條路徑， 執(zhí)行步驟（3 -7);
[0023] (3-6)查看棧頂模塊是否有后繼且未訪問的模塊，若有，則隨機(jī)選擇其中一個(gè)后繼 且未訪問的模塊并將其入棧，并將該入棧模塊設(shè)置為已訪問，返回步驟（3-4)，否則，執(zhí)行步 驟（3-7);
[0024] (3-7)查看棧中元素是否為空，若是，則結(jié)束執(zhí)行，否則將棧頂模塊出棧，并設(shè)置為 未訪問，執(zhí)行步驟（3-6)。
[0025] 所述SERF值為軟錯(cuò)誤魯棒性因子，表示的是單粒子效應(yīng)下每個(gè)bit翻轉(zhuǎn)引起可見 錯(cuò)誤的概率，具體由公式：
[0027] 給出，其中，ACE表示執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)應(yīng)用程序的輸出結(jié)果產(chǎn)生影響的位；Bh表示硬 件結(jié)構(gòu)H的位數(shù)；N表示CPU的周期數(shù)；分子表示在N個(gè)指令周期內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)H中ACE位的 總個(gè)數(shù)；分母表示在N個(gè)指令周期內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)H中的總位數(shù)；
[0028] 所述當(dāng)前模塊本身受到單粒子翻轉(zhuǎn)的錯(cuò)誤率具體由公式：
[0029] Aseu=SERFXRpXB
[0030] 給出，其中，Rp為單粒子翻轉(zhuǎn)率，即DSP軟件系統(tǒng)受到高能粒子撞擊以后其數(shù)據(jù)發(fā) 生翻轉(zhuǎn)的概率；B為當(dāng)前模塊程序存儲(chǔ)區(qū)的代碼大小和數(shù)據(jù)大小之和。
[0031] 所述傳播錯(cuò)誤率，具體由公式：
[0033] 給出，其中，A ,表示進(jìn)入當(dāng)前模塊的所有模塊中第j個(gè)模塊的錯(cuò)誤率，n ]為其相 應(yīng)的出度；所述出度為一個(gè)模塊直接到達(dá)的其他模塊的總數(shù)目。
[0034] 所述模塊從失效狀態(tài)轉(zhuǎn)移到正常狀態(tài)的概率y具體由公式：
[0036] 給出，其中，Irc表示模塊周期修復(fù)間隔；T表示執(zhí)行一次DSP軟件系統(tǒng)重構(gòu)所需 要的時(shí)間。
[0037] 所述馬爾可夫模型的連續(xù)時(shí)間轉(zhuǎn)移矩陣具體由公式：
[0039] 給出，其中T表示連續(xù)時(shí)間轉(zhuǎn)移矩陣，At表示時(shí)間間隔，其中A為當(dāng)前模塊的錯(cuò) 誤率且入=入seu+Xpr〇p〇
[0040] 所述各個(gè)模塊輸出正確結(jié)果的概率由公式：
[0042] 給出。
[0043] 所述步驟（5)中采用重要性抽樣法選取路徑并計(jì)算DSP系統(tǒng)整體輸出正確結(jié)果的 概率，具體為：
[0044] (5-1)記步驟（3)得到的起始模塊和終止模塊之間的所有路徑的條數(shù)為S ;
[0045] (5-2)對(duì)起始模塊和終止模塊之間的每條路徑進(jìn)行編號(hào)，依次為1，2，…，S ;
[0046] (5-3)計(jì)算每一條路徑的重要性權(quán)值，具體由公式：
[0048]給出，其中,W1為第i條路徑的重要性權(quán)值；Ii表示第i條路徑中包含的模塊個(gè)數(shù)， Iij表示第i條路徑中第j個(gè)模塊的出度；
[0049] (5-4)根據(jù)步驟（5-3)中路徑的重要性權(quán)值對(duì)所有的路徑進(jìn)行排序；
[0053] 給出，其中Il1為第i段路徑的采樣率，w ,為第i段路徑中第j個(gè)路徑的重要性權(quán) 值；
[0054] (5-7)對(duì)每一段路徑進(jìn)行隨機(jī)采樣，采樣的樣本個(gè)數(shù)由公式：
[0055] Iii= SX q；i = I, 2, .. ,k ；
[0056] 給出，其中Ii1為第i段路徑的采樣樣本個(gè)數(shù)；
[0057] (5-8)讀取樣本中每條路徑中每個(gè)模塊正常工作的概率；
[0058] (5-9)計(jì)算起始模塊到終止模塊之間所有路徑輸出正確結(jié)果的概率，具體由公 式：
[0060] 給出，其中P1S起始模塊到終止模塊之間第i條路徑輸出正確結(jié)果的概率； Pm (t)為中第i條路徑中第j個(gè)模塊輸出正確結(jié)果的概率；
[0061] (5-10)計(jì)算起始模塊到終止模塊之間抽取的n條路徑輸出正確結(jié)果的加權(quán)均值 ^ ,即為DSP軟件系統(tǒng)整體輸出正確結(jié)果的概率，具體