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基于编译实现微线程的故障检测机制关键技术研究

作　者: 赵千千
导　师: 傅忠传
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 微线程 寄存器窗口 RTL 故障注入
分类号: TP302.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 13次
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内容摘要


近年来，随着容错技术的发展，软件容错技术作为一种提高软件可靠性的重要方法越来越引起关注。软件容错的主要技术包括：基于重复指令的错误检测技术（EDDI），基于数字签名的控制流检测(CFCSS)技术和源到源编译容错等。它们在编译阶段的不同抽象层次对软件进行加固，生成具有容错性能的应用程序。本文提出的微线程故障检测方法也是一种基于编译的容错，它是在编译阶段的中间语言RTL上进行，并在SAM模拟器上进行故障注入实验。首先，本文对处理器核内故障容错方法研究近况进行分析，比较其差异。然后深入研究了UltraSPARC T2平台，包含架构的特点，处理器架构，指令集和traps等方面的内容。重点是寄存器窗口的相关内容，包括寄存器窗口的原理和相关的指令。接着，本文描述了微线程故障检测方案的算法思想和整体设计方案。微线程故障检测方案可以概括为结合UltraSPARC T2平台的，在编译器的中间表示层RTL级别实现的一种全指令复制规则的容错方案。这种方案既不依赖于前端特定的高级语言，也不依赖于后端的目标平台，因此具有很强的适应性。最后，本文对微线程方案进行详细设计。这部分首先研究了GCC编译相关技术。深入剖析了GCC编译过程，重点是从中间表示Gimple Tree到RTL的生成过程，以及RTL优化和处理过程，汇编代码输出过程。其次，本文从简单的赋值表达式，算术逻辑运算表达式，特殊的表达式和函数调用等几种指令类型的处理过程对微线程的具体实现进行描述。再次，利用故障注入平台针对我们的微线程故障检测方案进行故障注入实验，并对实验结果进行分析。从实验结果可以看出，本文提出的基于编译的微线程故障检测技术在容错性能上有较好的表现，并且牺牲的时间和空间代价也在合理的范围内。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外研究现状及分析  10-11
  1.3 本文主要工作  11-12
  1.4 本文结构  12-13
第2章 UltraSPARCT2 平台相关背景  13-23
  2.1 UltraSPARCT2 体系结构介绍  13-18
    2.1.1 架构的特点  13-14
    2.1.2 UltraSPARC处理器架构  14-15
    2.1.3 指令集  15-17
    2.1.4 Traps  17-18
  2.2 片上多线程（CMT）  18-19
  2.3 寄存器窗口原理  19-21
    2.3.1 原理概述  19-20
    2.3.2 各个寄存器的使用  20-21
  2.4 寄存器窗口相关指令  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章 微线程故障检测机制整体设计  23-26
  3.1 算法概述  23-24
  3.2 总体设计方案  24-25
    3.2.1 微线程的基本思想  24
    3.2.2 微线程的实现方案  24-25
  3.3 本章小结  25-26
第4章 微线程故障检测机制详细设计  26-55
  4.1 GCC编译相关关键技术研究  26-41
    4.1.1 GCC的编译框架  26-28
    4.1.2 GCC的过程管理器（pass）  28-33
      4.1.2.1 过程管理概述  28-31
      4.1.2.2 RTL过程  31-33
    4.1.3 GCC中的基本数据结构  33-40
      4.1.3.1 控制流数据结构  33-37
      4.1.3.2 中间语言RTL相关数据结构  37-40
    4.1.4 RTL的生成  40-41
  4.2 微线程的具体实现关键技术研究  41-49
    4.2.1 简单赋值表达式  41-43
    4.2.2 算术逻辑运算表达式  43-46
    4.2.3 特殊的表达式类型  46-47
    4.2.4 函数调用  47-48
    4.2.5 切换窗口  48-49
  4.3 故障注入实验  49-54
    4.3.1 实验设计  49-50
    4.3.2 故障注入平台  50-51
    4.3.3 实验结果  51-53
    4.3.4 实验分析  53-54
  4.4 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 设计与性能分析 > 容错技术
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