基于动态Ｉ／Ｏ值不变式的硬件故障检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于动态Ｉ／Ｏ值不变式的硬件故障检测系统及方法，涉及硬件故障检测技术。本发明专利技术方法包括：目标测试系统运行过程中，实时检测所述目标测试系统的Ｉ／Ｏ值，当检测到不符合事先所确定的目标测试系统的动态Ｉ／Ｏ值不变式的Ｉ／Ｏ值时，判断所述目标测试系统发生硬件故障，其中，所述目标测试系统的动态Ｉ／Ｏ值不变式是通过所述目标测试系统的参考系统确定的。本发明专利技术技术方案，降低了硬件成本且故障检测灵活，并提高了故障检测效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硬件故障检测技术，尤其涉及用于系统芯片的基于动态I/O值不变式 的硬件故障检测方法及其系统。
技术介绍
随着集成电路工艺和制造水平的快速发展，系统芯片(System-on-Chip，简称 SoC)的规模越来越大，所集成的晶体管越来越多，工作频率越来越高，芯片面积越来越 小。随着 3C(Computers、Consumer electronics、Communication)融合技术禾口应用市场 的发展，3C融合产品越来越多地采用功耗低、成本低的系统芯片设计，且产品上市时间 (Time-To-Market)越来越短。由于半导体工业的发展和消费类电子上市时间的驱动，新开发的系统芯片存在硬 件故障的可能性越来越大，硬件故障包括功能故障和永久性故障(Permanent Faults)等， 比如设计缺陷和芯片生产缺陷等。为了保证系统芯片的正确性，一些高端系统采用硬件部 件冗余(如冗余多线程等)的方法来提高系统可靠性，但是这些方法要求在系统中加入特 定的额外硬件支持，导致成本昂贵，开销偏大。由于冗余技术成本较高，非关键领域的系统 芯片通常不采用冗余技术来保障系统芯片正确性，而是通过硬件故障检测技术来排除故 障，从而确保系统芯片的正确性。由此可见，高效的硬件故障检测方法对于系统芯片的研发 是非常重要的。目前，硬件故障检测方法大致可以分为基于硬件的故障检测方法和基于软件的故 障检测方法。其中，基于硬件的硬件故障检测方法，如基于扫描链等测试结构的方法、基于 电路仿真器的方法和基于片上仿真的方法，它们依赖于特定的额外硬件支持，其成本较高， 使用灵活性较低。基于软件的硬件故障检测方法是指通过在软件代码中增加专用代码或者通过已 有工具提取软件行为来检测与硬件故障相关的异常软件症状的一类方法。基于软件的硬件 故障检测方法的特点是应用成本较低，并且只针对那些引发系统软件失效的硬件故障，而 忽略那些被体系结构或者软件所屏蔽的硬件故障。现有的基于软件的硬件故障检测方法大 多数针对瞬时故障(TransientFaults)，或者需要软件源代码和编译器的修改支持，或者只 采用小规模评测程序，其真实应用存在诸多限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种基于动态1/0值不变式的硬件故障检测 系统及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于动态1/0值不变式的硬件故障检 测方法，包括目标测试系统运行过程中，实时检测所述目标测试系统的1/0值，当检测到不符 合事先所确定的目标测试系统的动态1/0值不变式的1/0值时，判断所述目标测试系统发生硬件故障，其中，所述目标测试系统的动态I/O值不变式是通过所述目标测试系统的参考系统确定的。进一步地，上述方法中，所述目标测试系统的动态I/O值不变式指，所述目标测试 系统中各I/O端口的动态I/O值不变式。其中，所述I/O端口的动态I/O值不变式采用目标测试系统的I/O值范围不变式 表示时，若检测到该I/O端口的I/O值位于所述目标测试系统的I/O值范围以外，则确定所 检测到的I/O值不符合所述动态I/O值不变式。所述I/O端口的I/O值范围包括多个I/O值子范围，当检测到该I/O端口的I/O 值不在所述多个I/O值子范围中任一个I/O值子范围内，则确定所检测到的I/O值不符合 所述动态I/O值不变式。所述I/O端口的动态I/O值不变式采用目标测试系统的I/O值的位掩码不变式表 示，或者采用目标测试系统的I/O值的布鲁姆过滤器不变式表示。本专利技术还公开了一种基于动态I/O值不变式的硬件故障检测系统，包括动态I/O 值不变式提取单元和动态I/O值不变式检验单元，其中所述动态I/O值不变式提取单元，用于根据目标测试系统的参考系统确定所述目 标测试系统的动态I/O值不变式；所述动态I/O值不变式检验单元，用于实时检测所述目标测试系统的I/O值，当检 测到不符合所述目标测试系统的动态I/O值不变式的I/O值时，判断所述目标测试系统发 生硬件故障。进一步地，上述系统中，所述目标测试系统的动态I/O值不变式指，所述目标测试 系统中各I/O端口的动态I/O值不变式。其中，所述动态I/O值不变式提取单元，采用目标测试系统的I/O值范围不变式表 示所述I/O端口的动态I/O值不变式；所述动态I/O值不变式检验单元，检测到该I/O端口的I/O值位于所述动态I/O 值不变式提取单元所确定的I/O值范围以外时，确定所检测到的I/O值不符合所述动态I/ 0值不变式。所述动态I/O值不变式检验单元，在所述I/O端口的I/O值范围包括多个I/O值 子范围时，检测到该I/O端口的I/O值不在所述多个I/O值子范围中任一个I/O值子范围 内，则确定所检测到的I/O值不符合所述动态I/O值不变式。所述动态I/O值不变式提取单元，采用目标测试系统的I/O值的位掩码不变式，或 者目标测试系统的I/O值的布鲁姆过滤器不变式表示所述I/O端口的动态I/O值不变式。本专利技术技术方案，降低了硬件成本且故障检测灵活，并提高了故障检测效率。附图说明图1为本实施例1中硬件故障检测的架构示意图；图2为本专利技术所提出的硬件故障检测系统对图1所示的架构进行故障检测的流程 图；图3为图2中确定目标测试系统的动态I/O值不变式的流程示意图。具体实施例方式本专利技术考虑到，现有硬件故障引发的系统(后文称为目标测试系统)异常是指偏离预期设计的任何事件，而对于一个异常事件，存在一系列可观察属性或事件可以在特定 时间点反映出系统行为。其中，系统的I/O状态就是一种可观察属性。因此，可以假设在上 述系统的参考系统中出现的所有事件均是正常行为，即在上述系统的参考系统中所出现的 所有I/O值均为正常值，从而根据这些正常值可以确定出上述系统正常运行时，正常的I/ 0值所属的较为恒定的特征(即本文所称的动态I/O动态值不变式，也称为可能程序不变 式)。这样，在目标测试系统运行过程中，在线地检验I/O值，当检验出I/O值符合所确定的 恒定的特征(即不满足动态I/O动态值不变式)，则认为这是异常事件(即从未出现过的事 件)，该事件很可能导致系统运行失效，从而确定出现硬件故障(硬件故障包括功能故障和 永久性故障)。下面结合具体实施例及附图对本专利技术技术方案做进一步详细说明。一种基于动态I/O值不变式的硬件故障检测系统，至少包括动态I/O值不变式提 取单元和动态I/O值不变式检验单元。其中，动态I/O值不变式提取单元，用于确定目标测试系统的动态I/O值不变式， 并传输给动态I/O值不变式检验单元，其中，目标测试系统的动态I/O值不变式指，目标测 试系统中各I/O端口的动态I/O值不变式；具体地，动态I/O值不变式提取单元可利用目标测试系统的参考系统来确定目标 测试系统的硬件的动态I/O值不变式。其中，目标测试系统的参考系统可以是目标测试系 统的等价硬件系统，也可以是目标测试系统的等价全系统模拟器；I/O端口的动态I/O值不变式提取单元，可采用目标测试系统的I/O值范围不变 式、目标测试系统的I/O值的位掩码不变式或者目标测试系统的I/O值的布鲁姆过滤器不 变式表示所述动态I/O值不变式。动态I/O值不变式检验单元，用于在线检测与动态I/O值不变式提取单元所确定 的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态Ｉ／Ｏ值不变式的硬件故障检测方法，其特征在于，该方法包括：目标测试系统运行过程中，实时检测所述目标测试系统的Ｉ／Ｏ值，当检测到不符合事先所确定的目标测试系统的动态Ｉ／Ｏ值不变式的Ｉ／Ｏ值时，判断所述目标测试系统发生硬件故障，其中，所述目标测试系统的动态Ｉ／Ｏ值不变式是通过所述目标测试系统的参考系统确定的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程旭，郑衍松，李皓，张琦，吴永军，佟冬，
申请(专利权)人：北京北大众志微系统科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]