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

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。

其他回答

考虑到超级跑车的评论、现代编译器的趋势以及其他因素,我很想回到古代,用汇编和静态内存分配的方式到处编写整个代码。对于这种完全的可靠性,我认为组装不再会带来很大的成本差异。

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。

有人提到使用较慢的芯片来防止离子同样容易地翻转比特。以类似的方式,可能使用专门的cpu/ram,它实际上使用多个位来存储单个位。因此,提供了硬件容错,因为不太可能所有的位都被翻转。所以1=1111,但需要被击中4次才能真正翻转。(4可能是一个坏数字,因为如果2位被翻转,它就已经不明确了)。因此,如果您使用8,您得到的ram将减少8倍,访问时间也会慢一些,但数据表示更可靠。您可能可以在软件级别使用专门的编译器(为所有内容分配更多的空间)或语言实现(为以这种方式分配内容的数据结构编写包装器)来实现这一点。或具有相同逻辑结构但在固件中执行此操作的专用硬件。

NASA有一篇关于防辐射软件的论文。它描述了三个主要任务:

定期监控内存中的错误,然后清除这些错误,稳健的错误恢复机制,以及如果某些东西不再工作,重新配置的能力。

请注意,内存扫描速率应该足够频繁,很少发生多位错误,因为大多数ECC内存可以从单位错误而不是多位错误中恢复。

稳健的错误恢复包括控制流传输(通常在错误发生之前的某个点重新启动流程)、资源释放和数据恢复。

他们对数据恢复的主要建议是,通过将中间数据视为临时数据,避免数据恢复的需要,以便在错误发生之前重新启动也能将数据回滚到可靠状态。这听起来类似于数据库中的“事务”概念。

他们讨论了特别适用于面向对象语言(如C++)的技术。例如

用于连续内存对象的基于软件的ECC契约编程:验证先决条件和后决条件,然后检查对象以验证其是否仍处于有效状态。

而且,正是如此,美国宇航局(NASA)已将C++用于火星探测器等重大项目。

C++类抽象和封装支持多个项目和开发人员之间的快速开发和测试。

他们避免了某些可能产生问题的C++特性:

例外情况模板Iostream(无控制台)多重继承运算符重载(new和delete除外)动态分配(使用专用内存池并放置新的以避免系统堆损坏的可能性)。

这里有大量的回复,但我将尝试总结我对此的想法。

某些东西崩溃或不正常工作可能是您自己的错误造成的,那么当您找到问题时,应该很容易解决。但也有可能出现硬件故障,如果不是不可能,整体上很难解决。

我建议首先尝试通过日志记录(堆栈、寄存器、函数调用)来捕捉问题情况——要么将它们记录到文件中的某个位置,要么以某种方式直接发送(“哦,不,我崩溃了”)。

从这种错误情况中恢复可以是重新启动(如果软件仍然处于活动状态)或硬件重置(例如硬件看门狗)。从第一个开始更容易。

若问题是硬件相关的,那个么日志记录应该可以帮助您确定在哪个函数调用中发生了问题,这可以让您了解什么是不工作的以及在哪里。

此外,如果代码相对复杂-“分割并征服”它是有意义的-这意味着你在怀疑问题所在的地方删除/禁用一些函数调用-通常禁用一半代码并启用另一半代码-你可以得到“确实有效”/“不有效”的决定,然后你可以专注于另一半代码。(问题所在)

若问题在一段时间后发生,那个么可以怀疑堆栈溢出,那个么最好监视堆栈点寄存器,若它们不断增长。

如果你设法完全最小化代码,直到“hello world”类型的应用程序出现故障,那么硬件问题是意料之中的,需要进行“硬件升级”,这意味着发明这样的cpu/ram/-能够更好地耐受辐射的硬件组合。

最重要的事情可能是,如果机器完全停止/重新设置/不工作,您如何取回日志-这可能是bootstap应该做的第一件事-如果有问题的情况被解决,您应该回家。

如果在您的环境中也可以发送信号和接收响应,那么您可以尝试构建某种在线远程调试环境,但您必须至少有通信媒体工作,并且某些处理器/某些ram处于工作状态。通过远程调试,我的意思是GDB/GDB存根类型的方法,或者您自己实现从应用程序中获取所需的内容(例如,下载日志文件、下载调用堆栈、下载ram、重新启动)