我们正在编译一个嵌入式C++应用程序,它部署在电离辐射轰击的环境中的屏蔽设备中。我们正在为ARM使用GCC和交叉编译。在部署时,我们的应用程序会生成一些错误的数据,并且比我们希望的更频繁地崩溃。硬件是为这个环境而设计的,我们的应用程序已经在这个平台上运行了几年。

我们是否可以对代码进行更改,或对编译时进行改进,以识别/纠正由单个事件扰乱导致的软错误和内存损坏?是否有其他开发人员成功地减少了软错误对长时间运行的应用程序的有害影响?


当前回答

使用循环调度程序。这使您能够增加定期维护时间,以检查关键数据的正确性。最常遇到的问题是堆栈损坏。如果您的软件是周期性的,您可以在周期之间重新初始化堆栈。不要为中断调用重用堆栈,请为每个重要的中断调用设置一个单独的堆栈。

与看门狗概念类似的是最后期限计时器。在调用函数之前启动硬件计时器。如果函数在截止时间计时器中断之前未返回,则重新加载堆栈并重试。如果在3/5次尝试后仍然失败,则需要从ROM重新加载。

将软件拆分为多个部分,并将这些部分隔离开来,以使用单独的内存区域和执行时间(尤其是在控制环境中)。示例:信号采集、预处理数据、主要算法和结果实现/传输。这意味着某一部分的失败不会导致整个程序的失败。因此,当我们修复信号采集时,其余任务将继续处理过时的数据。

一切都需要CRC。如果您在RAM中执行,甚至您的.txt也需要CRC。如果使用循环调度程序,请定期检查CRC。有些编译器(不是GCC)可以为每个部分生成CRC,有些处理器有专用硬件来进行CRC计算,但我想这将超出您的问题范围。检查CRC还会提示内存上的ECC控制器在出现问题之前修复单位错误。

使用看门狗进行启动,而不仅仅是一次操作。如果您的启动遇到问题,您需要硬件帮助。

其他回答

你问的是一个非常复杂的话题——不容易回答。其他答案是可以的,但它们只涵盖了你需要做的所有事情的一小部分。

正如在评论中看到的,不可能100%解决硬件问题,但是使用各种技术很可能减少或解决这些问题。

如果我是你,我会创建最高安全完整性级别(SIL-4)的软件。获取IEC 61513文件(适用于核工业)并遵循该文件。

能帮助你的是看门狗。20世纪80年代,看门狗被广泛用于工业计算。当时,硬件故障更为常见——另一个答案也提到了那个时期。

看门狗是一种组合的硬件/软件功能。硬件是一个简单的计数器,从一个数字(比如1023)向下计数到零。可以使用TTL或其他逻辑。

软件的设计使得一个例程可以监控所有基本系统的正确运行。如果此例程正确完成=发现计算机运行正常,则将计数器设置回1023。

总体设计使得在正常情况下,软件可以防止硬件计数器达到零。如果计数器达到零,计数器的硬件将执行其唯一的任务并重置整个系统。从计数器的角度来看,零等于1024,计数器继续向下计数。

该看门狗可确保所连接的计算机在多次故障情况下重新启动。我必须承认,我不熟悉能够在当今计算机上执行这种功能的硬件。与外部硬件的接口现在比过去复杂得多。

看门狗的一个固有缺点是,从出现故障到看门狗计数器达到零+重新启动时间,系统就不可用。虽然该时间通常比任何外部或人为干预短得多,但在该时间段内,受支持的设备需要能够在没有计算机控制的情况下继续工作。

如果你的硬件出现故障,你可以使用机械存储来恢复它。如果你的代码库很小,并且有一些物理空间,那么你可以使用一个机械数据存储。

材料表面不会受到辐射的影响。将有多个档位。机械读卡器将在所有齿轮上运行,并且可以灵活地上下移动。向下表示为0,向上表示为1。从0和1可以生成代码库。

也许了解一下硬件“为这种环境而设计”意味着什么会有所帮助。它如何纠正和/或指示SEU错误的存在?

在一个与空间探索相关的项目中,我们有一个自定义MCU,它会在SEU错误时引发异常/中断,但会有一些延迟,即在导致SEU异常的insn之后可能会通过一些循环/执行一些指令。

数据缓存尤其容易受到攻击,因此处理程序会使有问题的缓存行无效并重新启动程序。只是,由于异常的不精确性,以引发异常的insn为首的insn序列可能无法重新启动。

我们确定了危险的(不可重启的)序列(如lw$3,0x0($2),然后是insn,它修改了$2,数据不依赖于$3),我对GCC进行了修改,所以这样的序列不会发生(例如,作为最后的手段,用nop分隔两个insn)。

只是需要考虑的事情。。。

如何运行应用程序的许多实例。如果崩溃是由于随机的内存位变化造成的,那么你的一些应用程序实例很可能会通过并产生准确的结果。(对于有统计背景的人来说)很容易计算出在给定的比特翻转概率下需要多少个实例才能实现所希望的最小总体错误。