论文摘要
近20年来,随着计算机技术的广泛应用,在各种应用场合对微处理器的可靠性提出了更高的要求。在这样的背景下,人们广泛地开展了对可靠性微处理器技术的研究,例如通过改善生产工艺使用特殊材料来提高处理器的可靠性,而体系结构设计人员希望在微处理器的体系结构一级加入容错技术来提高处理器的可靠性。在容错技术的研究过程中,研究者需要对微处理器中的容错技术的有效性进行评价和分析。这就促使人们开始对微处理器可靠性的评价方法进行研究,其中包括基于测量的方法、解析模型的方法和故障注入的方法。与测量和解析模型的方法相比,故障注入作为一种灵活方便、便宜有效的方法在该领域中占有越来越重要的地位。对可靠性微处理器的研究者而言,拥有一个故障注入的自动化工具将会对研究工作有很大帮助。由于上述理由,本文研究和分析了故障注入理论和故障注入工具。在此基础上,本文设计和实现了一个基于Verilog语言的故障注入工具VBFIT。并且通过工具对可靠性HR8051处理器原型进行了故障注入试验,对其可靠性进行测试和分析。首先,本文对故障注入的理论进行研究和分析。对故障注入的概念进行了定义,并分别从故障注入的四个步骤:选择模型、执行故障注入、监视系统行为和分析试验结果,对故障注入的原理进行阐述和分析。在故障注入理论研究的基础上,对当前主要的故障注入工具进行分类,并分别对基于模拟的故障注入工具和基于物理的故障注入工具进行阐述,并详细的对两款基于VHDL的故障注入工具VFIT和VERIFY进行了比较和分析。在对故障注入工具进行分析的基础上,本文设计和实现了一款基于Verilog语言的故障注入工具VBFIT,给出了系统的设计目标和总体的架构设计。并且详细的介绍了语法语义分析器、故障注入管理器、结果分析器和图形用户接口四个关键模块的设计并对工具的具体实现进行了介绍。在语法语义分析器的设计中,本文对词法分析理论进行了研究,分析了Verilog的正则表达式和有限状态机并且最终生成扫描器。在对故障注入管理器的设计中,本文分析了Modelsim的命令语言接口,阐述了如何用命令语言实现故障注入的方法,并对这种方法的有效性进行了验证。在结果分析器的设计中,本文给出了一套微处理器可靠性的评价方法,定义了可靠性分析的参数,并引入了容错机制断言图对微处理器的可靠性进行评价。最后,本文通过VBFIT对可靠性微处理器HR8051的原型进行了故障注入试验。分析了HR8051的体系结构以及在其上使用的可靠性加固技术,分析了可靠性微处理器原型HR8051的编译器SDCC,对在试验中使用的工作负载和试验的测试过程进行了分析,最终给出了测试结果。测试的结果证明VBFIT工具可以有效地对通过Verilog语言建立的微处理器模型的可靠性进行测试。