星載軟體抗單粒子翻轉故障的測試裝置的製作方法
2023-05-31 17:12:36 2
專利名稱：星載軟體抗單粒子翻轉故障的測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及衛星星載軟體故障測試裝置，更具體地說，涉及一種星載軟體抗單粒 子翻轉故障的測試裝置。
背景技術：
人造地球衛星是在十分嚴酷的空間環境條件下工作的，星載計算機中CPU和存儲 器等大規模集成電路在空間環境中隨時會遭遇空間高能粒子的轟擊，即單粒子翻轉事件 (SEU)、靜電放電形成的高壓電磁脈衝或EMC環境中形成的各種幹擾，致使太空飛行器中大規模 集成電路翻轉的故障。這類故障對星載計算機的影響主要表現程序走飛或存儲單元出錯。 為了消除SEU事件的影響，星載軟體通常採取了多種容錯糾錯措施，包括EDAC維護，表決， 路徑檢查，故障恢復等，但是，單粒子事件造成衛星故障的事件仍屢屢發生，甚至造成衛星 重大損失。因此，需要通過測試和評估，加強對星載計算機軟體抗單粒子能力的測試進而使 軟體得到改進。目前，軟體的故障測試主要通過設計固定故障點的測試用例，單粒子翻轉故障仿 真需要通過計算機內總線加入固定電平來模擬。上述這些星載軟體的測試方法，存在著比較明顯的不足，一是硬體仿真故障容易 對計算機產生損害和危險；二是故障仿真不能實現覆蓋或不能進行經常性仿真。為此，一種星載軟體抗單粒子翻轉故障的測試方法可以改變這種不足，這種故障 測試方法利用軟體注入技術，仿真CPU寄存器翻轉產生飛程序故障；仿真存儲器故障，產生 存儲單元出錯故障。目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報導，也尚未收集到國內外 類似的資料。
發明內容
為了改進現有技術對星載軟體抗單粒子翻轉故障的測試的覆蓋性和經常性方面 的不足，達到改進軟體，增強軟體容錯，糾錯，故障恢復能力，本發明的目的在於提出一種星 載軟體抗單粒子翻轉故障的測試裝置，利用本發明，可以進行星載軟體故障覆蓋性測試和 經常性測試，從而，實現星載軟體通過測試和改進達到強壯的目的。為了達到上述發明目的，本發明為解決其技術問題所採用的技術方案是提供一種 星載軟體抗單粒子翻轉故障的測試裝置，該裝置包括星載數據管理計算機用於運行星載控制軟體；星載計算機運行測試環境與星載數據管理計算機互聯，用來觀察星載軟體單粒 子故障發生的危害及故障恢復的時間；遙控注入數據接收裝置與星載數據管理計算機連接，用於接收來自地面的指令、 數據和程序；遙測數據處理裝置與星載數據管理計算機連接，用於顯示星載數據管理計算機 上星載軟體運行狀態和故障記錄；
故障仿真模塊與星載數據管理計算機連接，用於自動定時模擬單粒子故障事件。 上述故障仿真模塊採用以下兩種單粒子故障事件仿真測試模塊，包括飛程序測試用例模塊在定時中斷子程序中修改中斷返回地址，產生飛程序故 障；RAM翻轉測試用例模塊模擬存儲器單粒子故障的測試用例，在定時中斷子程序 中修改RAM單元的數據，每次可以使用異或運算指令修改一位或數位數據，使其翻轉。本發明星載軟體抗單粒子翻轉故障的測試裝置，由於採取上述的技術方案，採用 兩種測試用例模塊，自動定時模擬單粒子故障事件。星載控制軟體在其測試環境中運行，將 軟體故障仿真模塊注入到一個周期中斷的程序中，定時地模擬單粒子故障，使計算機發生 內存位翻轉或程序走飛，以此考核軟體抗單粒子時間故障和恢復能力。因此，本發明有效的 解決了星載儀器故障測試單粒子事件仿真問題，從而實現評估軟體抗單粒子事件措施的有 效性和改進星載軟體加固的目的。本發明已用在某種應用衛星上，收到了有益的效果，還可用於其他衛星的軟體故 障測試。
圖1是本發明星載軟體抗單粒子翻轉故障測試裝置的結構框圖；圖2是本發明的飛程序測試用例模塊流程圖；圖3是本發明的RAM翻轉測試用例模塊流程圖。
具體實施例方式
下面結合
本發明的優選實施例。圖1是本發明星載軟體抗單粒子翻轉故障的測試裝置的結構框圖；如圖1的實施 例所示，該裝置包括星載數據管理計算機2 用於運行星載控制軟體；星載計算機運行測試環境3 與星載數據管理計算機2互聯，用來觀察星載軟體單 粒子故障發生的危害及故障恢復的時間；遙控注入數據接收裝置4 與星載數據管理計算機2連接，用於接收來自地面的指 令、數據和程序；遙測數據處理裝置5 與星載數據管理計算機2連接，用於顯示星載數據管理計算 機2上星載軟體運行狀態和故障記錄；故障仿真模塊1 與星載數據管理計算機2連接，用於自動定時模擬單粒子故障事 件。本發明實施例中，上述故障仿真模塊1中，單粒子故障事件仿真採用以下兩種測 試用例模塊(1)圖2是本發明的飛程序測試用例模塊的流程圖；如圖2的實施例所示，該模塊 模擬CPU寄存器單粒子故障的測試用例，在定時中斷子程序中修改中斷返回地址，產生飛 程序故障；該模塊執行如下的程序1.定時中斷程序；2.按照仿真周期修改中斷返回的地 址修改中斷返回的地址可以設定方式或掃描方式進行；3.中斷子程序返回產生飛程序故障。(2)圖3是本發明的RAM翻轉測試用例模塊流程圖；如圖3的實施例所示，模擬存 儲器單粒子故障的測試用例，在定時中斷子程序中修改RAM單元的數據，每次可以使用異 或運算指令修改一位或數位數據，使其翻轉，每次修改單元的地址可以遞增式掃描。該模 塊執行如下的程序1.定時中斷程序；2.按照仿真周期用異或運算指令修改RAM單元數據 (RAM地址可以設定或以遞增式掃描方式進行)；3.中斷子程序返回產生內存翻轉事件。上述兩種故障仿真模塊注入到計算機的定時中斷子程序中，也可以注入到在星載 控制程序已經使用的控制周期子程序中。單粒子故障事件仿真掃描間隔可以控制，考慮到星載軟體恢復時間和測試速度， 通常選控制周期的數百倍。下面對本發明的工作過程進行描述
首先選擇測試用例，設置故障定時間隔和掃描方式，將上述兩種故障仿真模塊注 入到星載數據管理計算機2的定時中斷子程序中，也可以注入到在星載控制程序已經使用 的控制周期子程序中。通過修改中斷返回地址使電腦程式走飛到不同的地址空間，走飛的地址可以通 過設定或以遞增掃描方式設置；通過在中斷程序中用異或指令操作RAM單元數據，使內存 位產生翻轉錯誤，翻轉的內存地址可以通過設置遞增掃描方式設置。兩種單粒子故障事件 仿真測試模塊故障發生情況和恢復時間可以通過遙測數據處理器觀察，同時從遙控注數裝 置和星載軟體運行測試環境中觀察和評估故障影響和恢復能力，用以改進軟體。
權利要求
1.一種星載軟體抗單粒子翻轉故障的測試裝置，其特徵在於，該裝置包括星載數據管理計算機O)用於運行星載控制軟體；星載計算機運行測試環境(3)與星載數據管理計算機( 互聯，用來觀察星載軟體單 粒子故障發生的危害及故障恢復的時間；遙控注入數據接收裝置與星載數據管理計算機( 連接，用於接收來自地面的指 令、數據和程序；遙測數據處理裝置(5)與星載數據管理計算機( 連接，用於顯示星載數據管理計算 機( 上星載軟體運行狀態和故障記錄；故障仿真模塊(1)與星載數據管理計算機( 連接，用於自動定時模擬單粒子故障事件。
2.如權利要求1所述的抗單粒子翻轉故障的測試裝置，其特徵在於所述的故障仿真 模塊(1)採用以下兩種單粒子故障事件仿真測試模塊，包括飛程序測試用例模塊在定時中斷子程序中修改中斷返回地址，產生飛程序故障；RAM翻轉測試用例模塊模擬存儲器單粒子故障的測試用例，在定時中斷子程序中修 改RAM單元的數據，每次可以使用異或運算指令修改一位或數位數據，使其翻轉。
3.如權利要求2所述的抗單粒子翻轉故障的測試裝置，其特徵在於所述的飛程序測 試用例模塊模擬CPU寄存器單粒子故障；該模塊執行如下的程序1.定時中斷程序；2.按 照仿真周期修改中斷返回的地址；3.中斷子程序返回產生飛程序故障。
4.如權利要求3所述的抗單粒子翻轉故障的測試裝置，其特徵在於所述的飛程序測 試用例模塊在執行2.按照仿真周期修改中斷返回的地址時，可以設定方式或掃描方式進 行。
5.如權利要求2所述的抗單粒子翻轉故障的測試裝置，其特徵在於所述的RAM翻轉 測試用例模塊執行如下的程序1.定時中斷程序；2.按照仿真周期用異或運算指令修改 RAM單元數據；3.中斷子程序返回產生內存翻轉事件。
6.如權利要求5所述的抗單粒子翻轉故障的測試裝置，其特徵在於所述的RAM翻轉 測試用例模塊在執行2.按照仿真周期用異或運算指令修改RAM單元數據時，RAM地址可以 設定或以遞增式掃描方式進行。
7.如權利要求2所述的抗單粒子翻轉故障的測試裝置，其特徵在於所述的兩種故障 仿真模塊注入到計算機的定時中斷子程序中，也可以注入到在星載控制程序已經使用的控 制周期子程序中。
8.如權利要求7所述的抗單粒子翻轉故障的測試裝置，其特徵在於所述的單粒子故 障事件仿真掃描間隔可以控制，通常選擇控制周期的數百倍。
9.如權利要求2所述的抗單粒子翻轉故障的測試裝置，其特徵在於，所述的兩種單 粒子故障事件仿真測試模塊故障發生情況和恢復時間可以通過遙測數據處理器觀察，同時 從遙控注數裝置和星載軟體運行測試環境中觀察和評估故障影響和恢復能力，用以改進軟 件。
全文摘要
本發明涉及衛星星載軟體故障測試裝置，公開了一種星載軟體抗單粒子翻轉故障的測試裝置，包括星載數據管理計算機(2)用於運行星載控制軟體；星載計算機運行測試環境(3)用來觀察星載軟體單粒子故障發生的危害及故障恢復的時間；遙控注入數據接收裝置(4)用於接收來自地面的指令、數據和程序；遙測數據處理裝置(5)用於顯示星載軟體運行狀態和故障記錄；故障仿真模塊(1)用於自動定時模擬單粒子故障事件。本發明解決了星載儀器故障測試，單粒子事件或電磁脈衝幹擾仿真問題，從而實現評估軟體抗單粒子事件措施的有效性和改進星載軟體加固的目的。
文檔編號G06F11/36GK102096627SQ20091020032
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者康紀軍, 朱海園, 章生平 申請人:上海衛星工程研究所