一種軟硬件結(jié)合的控制流錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)技術(shù)研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體制造工藝的不斷發(fā)展和進(jìn)步，集成電路的特征尺寸也不斷減小，這使得芯片的集成度和性能都得到了大幅度的提升，但由此帶來(lái)的一項(xiàng)重要影響是芯片對(duì)電磁干擾和粒子輻射等環(huán)境越來(lái)越敏感，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題也因?yàn)橛布乃矔r(shí)故障而日趨嚴(yán)重，尤其是在比較惡劣的工業(yè)和太空輻射環(huán)境中工作的各種嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。硬件瞬時(shí)故障會(huì)對(duì)程序的正確運(yùn)行產(chǎn)生影響，造成的程序運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤被稱(chēng)為軟錯(cuò)誤，而軟錯(cuò)誤中大部分是控制流錯(cuò)誤，即指令碼或數(shù)據(jù)的改變導(dǎo)致程序的運(yùn)行軌

2、跡和原來(lái)的邏輯產(chǎn)生了偏差，最終使得系統(tǒng)崩潰或運(yùn)行結(jié)果出錯(cuò)。因此如何有效、及時(shí)地對(duì)控制流錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)和恢復(fù)成為了嵌入式安全領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向。
　　當(dāng)前已經(jīng)有許多基于硬件或軟件的容錯(cuò)技術(shù)，但基于硬件的技術(shù)往往帶來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)雜度過(guò)高、制造成本大幅提升等問(wèn)題，而基于軟件的技術(shù)一般會(huì)帶來(lái)代碼空間膨脹、系統(tǒng)性能下降、錯(cuò)誤覆蓋率偏低等問(wèn)題。因此，本文提出了一種軟硬件結(jié)合的控制流錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)技術(shù):軟件方面，通過(guò)改造編譯工具鏈，使其在編譯程序時(shí)

3、對(duì)程序靜態(tài)分析進(jìn)行簽名;硬件方面，在不改變其他模塊的前提下，通過(guò)對(duì)CPU模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的擴(kuò)展使其支持動(dòng)態(tài)的簽名校驗(yàn)和錯(cuò)誤恢復(fù)。除了提出具體的軟硬件容錯(cuò)方案，本文也針對(duì)方案中的難點(diǎn)詳細(xì)介紹了軟件方面的編譯工具鏈的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
　　最后，本文在國(guó)產(chǎn)嵌入式CPU CSKY-CPU平臺(tái)上進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)硬件仿真數(shù)據(jù)、編譯后的代碼密度、運(yùn)行時(shí)性能開(kāi)銷(xiāo)以及錯(cuò)誤覆蓋率等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了評(píng)估和分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，本文提出的方案具有軟硬件開(kāi)銷(xiāo)小、錯(cuò)誤覆