DOI: 10.17586/2226-1494-2017-17-2-301-311


УДК 004.052

СТОРОЖЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВО ВСТРАИВАЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

Платунов А. Е., Стерхов А. С.


Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Платунов А.Е., Стерхов А.С. Сторожевые механизмы во встраиваемых вычислительных системах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 2. С. 301–311. doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-2-301-311

Аннотация

В статье приведен обзор сторожевых механизмов, которые представляют собой категорию технических решений, направленных на повышение надежности работы встраиваемых вычислительных систем. Зарубежные публикации в основном посвящены частным проблемам построения и использования сторожевых механизмов.В русскоязычных источниках информация, систематизирующая представление о данных механизмах, отсутствует. Недостаточная осведомленность инженеров в вопросах, касающихся этих важных и сложно интегрируемых в систему элементов, приводит к их неэффективному, а зачастую даже неграмотному использованию. Это, в свою очередь, способно привести к снижению надежности. В статье представлена базовая модель, отражающая принцип работы сторожевого механизма. Проведен анализ представленных в литературе технических решений, используемых для детектирования ошибок. Предложена их классификация. В компактной табличной форме представлены основные свойства данных решений. Рассмотрены различные варианты действий при обнаружении ошибок. Приведен обзор технических решений, направленных на повышение эффективности сторожевых механизмов. Важнейшей проблемой на сегодня представляется отсутствие средств автоматизации процесса, которые по заданным критериям (время обнаружения ошибки и время реакции на нее) позволяли бы эффективно и грамотно интегрировать сторожевой механизм в проектируемую аппаратно-программную систему. Эти вопросы в форме постановки задач для будущих исследований обсуждаются в заключительных разделах работы. Статья адресована исследователям и разработчикам, занимающимся вопросами проектирования встраиваемых систем и повышения надежности их функционирования.


Ключевые слова: сторожевые механизмы, надежность встраиваемых систем, сторожевые таймеры, сторожевые процессоры, встраиваемые системы

Список литературы
 1.     Leveson N.G., Turner C.S. An investigation of the Therac-25 accidents // Computer. 1993. V. 26. N 7. P. 18–41. doi: 10.1109/MC.1993.274940
2.     Ganssle J. A Designer's Guide to Watchdog Timers [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://www.digikey.com/en/articles/techzone/2012/may/a-designers-guide-to-watchdog-timers, свободный. Яз. англ. (датаобращения: 01.11.2016).
3.     Kobayashi H., Shiraishi K., Tsuchiya H. et. al. Evaluation of LSI soft errors induced by terrestrial cosmic rays and alpha particles [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/~annurep/2001/genkou/sec3/kobayashi.pdf, свободный. Яз. англ. (дата обращения: 01.11.2016).
4.     Soft errors in electronic memory - a white paper [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://tezzaron.com/media/soft_errors_1_1_secure.pdf, свободный. Яз. англ. (датаобращения: 01.11.2016).
5.     Cataldo A. SRAM soft errors cause hard network problems [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1143781, свободный. Яз. англ. (датаобращения: 01.11.2016).
6.     Knight J.C. Safety critical systems: challenges and directions // Proc. 24th Int. Conf. on Software Engineering. 2002. P. 547–550. doi: 10.1145/581339.581406
7.     Lee P.A., Anderson T. Fault Tolerance: Principles and Practice. Vienna: Springer Vienna, 1990. 320 p. doi: 10.1007/978-3-7091-8990-0
8.     Goloubeva O., Rebaudengo M., Sonza Reorda M., Violante M. Software-Implemented Hardware Fault Tolerance. NY: Springer, 2006. 227 p. doi: 10.1007/0-387-32937-4
9.     Koren I., Krishna C.M. Fault Tolerant Systems. San Francisco: Morgan Kaufmann Publ., 2007. 400p.
10.  Rajabzadeh A., Miremadi S.G., Mohandespour M. Error detection enhancement in COTS superscalar processors with performance monitoring features // Journal of Electronic Testing. 2004. V. 20. N 5. P. 553–567. doi: 10.1023/B:JETT.0000042519.31454.1b
11.  Goloubeva O., Rebaudengo M., Sonza Reorda M., Violante M. Soft-error detection using control flow assertions // Proc. 18th IEEE International Symposium on Defect and Fault Tolerance in VLSI Systems. 2003. P. 581–588. doi: 10.1109/DFTVS.2003.1250158
12.  Majzik I., Holh W., Pataricza A., Sieh V. Multiprocessor checking using watchdog processors // Computer Systems Science and Engineering. 1996. V. 11. N 5. P. 301–310.
13.  Benso A., Di Carlo S., Di Natale G., Prinetto P. A watchdog processor to detect data and control flow errors // Proc. 9th IEEE On-Line Testing Symposium (IOLTS), 2003. P. 144–148. doi: 10.1109/OLT.2003.1214381
14.  Bergaoui S., Vanhauwaert P., Leveugle R. IDSM: an improved disjoint signature monitoring scheme for processor behavioral checking // Proc. 15th Latin American Test Workshop - LATW, 2014. P. 1–6. doi: 10.1109/LATW.2014.6841915
15.  Rajabzadeh A. A 32-bit COTS-based fault-tolerant embedded system // Proc. 11th IEEE On-Line Testing Symposium (IOLTS), 2005. P. 205v206. doi: 10.1109/IOLTS.2005.5
16.  Djambazova E., Djambazov K. Processor control-flow error-detection techniques-model and evaluation tool // Cybernetics and Information Technologies. 2001. V. 1. N 2. P. 3–18.
17.  Ganssle J. Great Watchdog Timers for Embedded Systems [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://www.ganssle.com/watchdogs.htm, свободный. Яз. англ. (дата обращения: 01.11.2016).
18.  Тимофеев В. 5.4 Сторожевой таймер [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.pic24.ru/doku.php/osa/articles/wdt, свободный. Яз. рус. (дата обращения: 01.11.2016).
19.  Japenga B. Guidelines for Creating Robust Embedded Systems. Part 7 – Creating Robust Watchdog Timers. GreatWatchdogTimers[Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.microtoolsinc.com/RobustGuidelines7.pdf, свободный. Яз. англ. (датаобращения: 01.11.2016).
20.  Чакраварти C., Томар Р., Арора М. Сторожевой таймер для отказоустойчивых систем // Электронные компоненты. 2008. № 12. С. 15–20.
21.  Lamberson J. Single and Multistage Watchdog Timers [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://www.sensoray.com/downloads/appnote_826_watchdog_1.0.0.pdf, свободный. Яз. англ. (датаобращения: 01.11.2016).
22.  Gehlot P. Watchdog timer for robust embedded systems // Electronics for you. 2015. N 2. P. 60–62.
23.  Murphy N. Watchdog timers // Embedded Systems Programming. 2000. V. 13. N 12. P. 112–124.
24.  Pohronska M., Krajcovic T. Fault-tolerant embedded systems with multiple FPGA implemented watchdogs [Электронныйресурс]. Режим доступа: https://pdfs.semanticscholar.org/4577/ acea8ac928150d119053a43d2ab9ff207cd6.pdf, свободный. Яз. англ. (датаобращения: 01.11.2016).
25.  El-Attar A.M., Fahmy G. An improved watchdog timer to enhance imaging system reliability in the presence of soft errors // Proc. IEEE Int. Symposium on Signal Processing and Information Technology, 2007. P. 1100–1104. doi: 10.1109/ISSPIT.2007.4458184
26.  Pont M.J., Ong R.H.L. Using watchdog timers to improve the reliability of single-processor embedded systems: Seven new patterns and a case study // Proc. First Nordic Conference on Pattern Languages of Programs. 2002. P. 159–200.
27.  Cunha J.C. Reset-driven fault tolerance // Lecture Notes in Computer Science. 2002. V. 2485. P. 102–120. doi: 10.1007/3-540-36080-8_13
28.  Schlaepfer E. Comparison of Internal and External Watchdog Timers [Электронныйресурс]. Режим доступа: https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4229, свободный. Яз. англ. (дата обращения: 01.11.2016).
29.  Du B., Reorda S., Sterpone L., Parra L. et al. Online test of control flow errors: anew debug interface-based approach // IEEE Transactions on Computers. 2016. V. 65. N 6. P. 1846–1855. doi: 10.1109/TC.2015.2456014
30.  Boroomandnezhad T., Azgomi M.A. An efficient control-flow checking technique for the detection of soft-errors in embedded software // Computers & Electrical Engineering. 2013. V. 39. N 4. P. 1320–1332.doi: 10.1016/j.compeleceng.2013.03.015 
31.  Abdi A., Asghari S.A., Pourmozaffari S., Taheri H., Pedram H. An effective software implemented data error detection method in real time systems // Advances in Computer Science, Engineering & Applications. 2012. V. 106. P. 919–926. doi: 10.1007/978-3-642-30157-5_91
32.  Avizienis A. et al. Basic concepts and taxonomy of dependable and secure computing // IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing. 2004. V. 1. N 1. P. 11–33. doi: 10.1109/TDSC.2004.2
33.  Hooman J., Hendriks T. Model-based run-time error detection // Lecture Notes in Computer Science. 2007. V. 5002. P. 225–236. doi: 10.1007/978-3-540-69073-3_24
34.  Geffroy J.C., Motet G. Design of Dependable Computing Systems. Dordrecht: Springer, 2002. 672 p. doi: 10.1007/978-94-015-9884-2
35.  Пенской А.В. Архитектурное документирование встроенных систем с многоуровневой конфигурацией // Изв. вузов. Приборостроение. 2015. V. 57. N7. P. 527–532.
36.  Platunov A., Kluchev A., Penskoi A. HLD methodology: the role of architectural abstractions in embedded systems design // Proc. 14th Geo Conference on Informatics, Geoinformatics and Remote Sensing. 2014. P. 209–218.
37.  Teich J. Hardware/software codesign: the past, the present, and predicting the future // Proc. IEEE. 2012. V. 100. P. 1411–1430. doi: 10.1109/JPROC.2011.2182009
38.  Platunov A., Nickolaenkov A. Aspects in the design of software-intensive systems // Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO). 2012. P. 84–87.
39.  Jozwiak L., Nedjah N. Modern architectures for embedded reconfigurable systems - A survey // J. of Circuits, Systems, and Computers. 2009. V. 18. N 2. P. 209–254. doi: 10.1142/s0218126609005034 
40.  Jozwiak L., Nedjah N., Figueroa M. Modern development methods and tools for embedded reconfigurable systems: a survey // Integration, the VLSI j. 2010. V. 43. N 1. P. 1–33. doi: 10.1016/j.vlsi.2009.06.002 
41.  Платунов А.Е. Реконфигурируемые встраиваемые системы и системы на кристалле // Известия высших учебных заведений. Приборостроение2014. Т. 57. № 4. С. 49–52.
42.  Hartenstein R. The relevance of reconfigurable computing / In: J.M.P. Cardoso, M. Hübner (eds.), Reconfigurable Computing: From FPGAs to Hardware/Software Codesign. Springer, 2011.296 p.
Информация 2001-2017 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика