MENÜ MENÜ  

cover

Automatische Erzeugung und Bewertung virtueller Duplexsysteme zur Erkennung von Betriebsfehlern in Mikroprozessoren

Markus Jochim

ISBN 978-3-8325-0337-6
190 pages, year of publication: 2003
price: 40.50 €
Virtuelle Duplexsysteme führen zwei Varianten eines Anwendungsprogramms sequentiell auf einem Rechner aus und sind zur Erkennung von temporären Betriebsfehlern in Mikroprozessoren geeignet. Eine gute Erkennung permanenter Fehler ist nur beim Einsatz hinreichend diversifizierter Programmvarianten zu erwarten. Es ist bekannt, daß virtuelle Duplexsysteme mit gezielt diversifizierten Varianten damit eine kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Duplex-Systemen darstellen.

Diese Arbeit untersucht die Möglichkeit, hinreichend diversifizierte Varianten eines gegebenen Anwendungsprogramms automatisch zu erzeugen. Dabei wird die Produktion von Systemen angestrebt, die zur Erkennung von Prozessorfehlern optimiert sind. Von einem diversitätsfreien Anwendungsprogramm ausgehend, erfolgt eine fortschreitende Diversifizierung durch Anwendung einer Vielzahl von semantikerhaltenden Programm-Transformationen. Durch den Einsatz unterschiedlicher Transformationen werden durch ein Optimierungsverfahren verschiedene virtuelle Duplexsysteme produziert, die zum ursprünglichen Anwendungsprogramm semantikäquivalent sind. Die Systeme werden hierbei durch Fehlerinjektionsexperimente bewertet, um das bezüglich der Fähigkeit zur Erkennung von Prozessorfehlern erfolgreichste System zu ermitteln, welches dann als Ausgangspunkt für weitere Transformationen verwendet wird. Durch die wiederholte Anwendung dieses Verfahrens wird eine schrittweise Diversifizierung erreicht.

Weitere Untersuchungen beschäftigen sich mit der Möglichkeit, die dargestellte automatische Diversifizierung mit zusätzlicher Entwurfsdiversität zu kombinieren, die als eine Art "Diversitätsgrundlage" eingesetzt wird.

Die Durchführung aussagekräftiger Fehlerinjektionsexperimente ist zeitaufwendig. Möglichkeiten zur Reduktion dieses Aufwands werden vorgeschlagen und untersucht. Insbesondere werden in diesem Zusammenhang Ansätze einer "pessimistischen Fehlerinjektion" erarbeitet und bewertet. Die diesen Ansätzen zugrundeliegende Idee ist es, die Injektion einer kleineren Anzahl von jedoch gefährlicheren Fehlern zu ermöglichen.


Abstract:
Virtual duplex systems execute two variants of an application program on a single computer in sequential order and are known to be suitable for the detection of temporary faults occurring in microprocessors. In contrast, a good detection of permanent faults can only be expected if the program variants are sufficiently diversified. Well diversified virtual duplex systems are deemed to be a competitive alternative to conventional duplex systems.

This work investigates the automatic generation of diversified program variants for a given application and aims at the production of systems which are optimized to detect processor faults. An initially non-diverse application is progressively diversified by applying numerous program transformations which modify a program while preserving the semantics. During an optimization process, different program transformations are used to produce a number of different virtual duplex systems. These systems are automatically evaluated by fault injection experiments in order to find the most successful system with respect to the detection of processor faults. This system then serves as a basis for further program transformations which leads to a stepwise diversification process.

Further investigations consider the combination of design diversity and the proposed automated generation of diversified program variants using design diversity as a starting point for the process of automated diversification.

The execution of meaningful fault injection experiments is time-consuming. Methods for the reduction of these expenses are proposed and investigated. In this context, also approaches for a kind of "pessimistic fault injection" are developed and evaluated. The basic idea of these approaches is to inject more dangerous faults while reducing the total number of faults to be injected.

Keywords:
  • Fehlererkennung
  • Diversität
  • Mikroprozessor
  • Fehlerinjektion
  • virtuelle Duplexsysteme

BUYING OPTIONS

40.50 €
in stock