利用随机森林的单粒子翻转软件故障注入方法

程 义,庄 毅,曹子宁

(南京航空航天大学 计算机科学与技术学院,南京 211106)

1 引 言

随着嵌入式应用程序领域内技术的迅速发展,计算机应用程序在复杂性和规模都在不断增长.同时,严格的功率限制和元器件冗余的减少促使半导体行业从业者在设计集成电路时继续精简结构降低电压.这种趋势一方面使硬件元器件高度集成化,另一方面提高了其对外部硬件故障的敏感性,如辐射效应或电磁干扰等[1]引发的硬件故障.这对嵌入式系统的设计和开发提出了新的挑战.

航空航天领域的工作环境中存在着大量的高能粒子,这些高能粒子会引发一系列的单粒子效应,影响相关计算机设备的正常运行.单粒子效应(Single Event Effect)是指高能带电粒子穿过微电子器件的灵敏结构时,造成器件逻辑状态的非正常改变或器件损坏的现象[2].单粒子翻转是高能带电粒子使元器件的逻辑状态发生翻转的一种单粒子效应[3].

为了提高嵌入式系统的可靠性,在设计时就需要对系统中潜在故障进行分析并采取一系列手段对相应的故障进行检测、恢复或补偿.随机或永久性的硬件故障都会对系统运行的各个层面产生不同的影响.相较于永久性的硬件故障,计算机硬件的瞬时故障存在时间和空间的随机性和不可预测性.这使得该类瞬时故障问题更加难以应对,并提高了应对瞬时故障能力在设计可靠性系统时的重要性.故障注入技术是现行可靠……