Fault Tolerant Processor Design for Aviation Embedded System and Verification through Fault Injection

In this paper, we applied the forward and backward error recovery techniques to a reduced instruction set computer (risc) processor to develop two fault-tolerant processors, namely, fetch redundant risc (FRR) processor and a redundancy execute risc (RER) processor. To evaluate the fault-tolerance capability of three target processors, we developed the base risc processor, FRR processor, and RER processor in SystemC hardware description language. We performed fault injection experiment using the three SystemC processor models and the SystemC-based simulation fault injection technique. From the experiments, for the 1-bit transient fault, the failure rate of the FRR, RER, and base risc processor were 1%, 2.8%, and 8.9%, respectively. For the 1-bit permanent fault, the failure rate of the FRR, RER, and base risc processor were 4.3%, 6.5%, and 41%, respectively. As a result, for 1-bit fault, we found that the FRR processor is more reliable among three processors.

항공용 임베디드 시스템을 위한 고장감내형 프로세서 설계와 오류주입을 통한 검증

본 논문은 고신뢰성 임베디드 시스템의 핵심 부품인 risc 프로세서에 forward 기반의 오류복원 기법을 적용한 fetch redundant risc(FRR) 프로세서와 backward 기반의 오류복원 기법을 적용한 redundancy execute risc(RER) 프로세서를 연구하였다. 제안된 프로세서의 고장감내 성능을 평가하기 위해서 base risc, FRR, RER 프로세서의 SystemC 모델을 제작하고 SystemC 기반 fault injection 기법을 이용하여 오류주입 시험을 수행하였다. 실험결과 세 프로세서의 고장률은 1-bit transient fault를 주입한 경우에는 고장률이 FRR 프로세서는 1%, RER 프로세서는 2.8%, base risc 프로세서는 8.9%로 확인되었으며, 1-bit permanent fault를 주입한 경우 FRR 프로세서는 4.3%, RER 프로세서는 6,5%, base RISC 프로세서는 41%로 확인되었다. 따라서 1-bit 오류가 발생하는 경우에는 FRR 프로세서가 가장 높은 신뢰성을 나타내는 것으로 판명되었다.