專利名稱：星載軟件抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星星載軟件故障測(cè)試裝置，更具體地說，涉及一種星載軟件抗單粒 子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
人造地球衛(wèi)星是在十分嚴(yán)酷的空間環(huán)境條件下工作的，星載計(jì)算機(jī)中CPU和存儲(chǔ) 器等大規(guī)模集成電路在空間環(huán)境中隨時(shí)會(huì)遭遇空間高能粒子的轟擊，即單粒子翻轉(zhuǎn)事件 (SEU)、靜電放電形成的高壓電磁脈沖或EMC環(huán)境中形成的各種干擾，致使航天器中大規(guī)模 集成電路翻轉(zhuǎn)的故障。這類故障對(duì)星載計(jì)算機(jī)的影響主要表現(xiàn)程序走飛或存儲(chǔ)單元出錯(cuò)。 為了消除SEU事件的影響，星載軟件通常采取了多種容錯(cuò)糾錯(cuò)措施，包括EDAC維護(hù)，表決， 路徑檢查，故障恢復(fù)等，但是，單粒子事件造成衛(wèi)星故障的事件仍屢屢發(fā)生，甚至造成衛(wèi)星 重大損失。因此，需要通過測(cè)試和評(píng)估，加強(qiáng)對(duì)星載計(jì)算機(jī)軟件抗單粒子能力的測(cè)試進(jìn)而使 軟件得到改進(jìn)。目前，軟件的故障測(cè)試主要通過設(shè)計(jì)固定故障點(diǎn)的測(cè)試用例，單粒子翻轉(zhuǎn)故障仿 真需要通過計(jì)算機(jī)內(nèi)總線加入固定電平來模擬。上述這些星載軟件的測(cè)試方法，存在著比較明顯的不足，一是硬件仿真故障容易 對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生損害和危險(xiǎn)；二是故障仿真不能實(shí)現(xiàn)覆蓋或不能進(jìn)行經(jīng)常性仿真。為此，一種星載軟件抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試方法可以改變這種不足，這種故障 測(cè)試方法利用軟件注入技術(shù)，仿真CPU寄存器翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生飛程序故障；仿真存儲(chǔ)器故障，產(chǎn)生 存儲(chǔ)單元出錯(cuò)故障。目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未收集到國內(nèi)外 類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容
為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)星載軟件抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試的覆蓋性和經(jīng)常性方面 的不足，達(dá)到改進(jìn)軟件，增強(qiáng)軟件容錯(cuò)，糾錯(cuò)，故障恢復(fù)能力，本發(fā)明的目的在于提出一種星 載軟件抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，利用本發(fā)明，可以進(jìn)行星載軟件故障覆蓋性測(cè)試和 經(jīng)常性測(cè)試，從而，實(shí)現(xiàn)星載軟件通過測(cè)試和改進(jìn)達(dá)到強(qiáng)壯的目的。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種 星載軟件抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，該裝置包括星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)用于運(yùn)行星載控制軟件；星載計(jì)算機(jī)運(yùn)行測(cè)試環(huán)境與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)，用來觀察星載軟件單粒 子故障發(fā)生的危害及故障恢復(fù)的時(shí)間；遙控注入數(shù)據(jù)接收裝置與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)連接，用于接收來自地面的指令、 數(shù)據(jù)和程序；遙測(cè)數(shù)據(jù)處理裝置與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)連接，用于顯示星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī) 上星載軟件運(yùn)行狀態(tài)和故障記錄；
故障仿真模塊與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)連接，用于自動(dòng)定時(shí)模擬單粒子故障事件。 上述故障仿真模塊采用以下兩種單粒子故障事件仿真測(cè)試模塊，包括飛程序測(cè)試用例模塊在定時(shí)中斷子程序中修改中斷返回地址，產(chǎn)生飛程序故 障；RAM翻轉(zhuǎn)測(cè)試用例模塊模擬存儲(chǔ)器單粒子故障的測(cè)試用例，在定時(shí)中斷子程序 中修改RAM單元的數(shù)據(jù)，每次可以使用異或運(yùn)算指令修改一位或數(shù)位數(shù)據(jù)，使其翻轉(zhuǎn)。本發(fā)明星載軟件抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，由于采取上述的技術(shù)方案，采用 兩種測(cè)試用例模塊，自動(dòng)定時(shí)模擬單粒子故障事件。星載控制軟件在其測(cè)試環(huán)境中運(yùn)行，將 軟件故障仿真模塊注入到一個(gè)周期中斷的程序中，定時(shí)地模擬單粒子故障，使計(jì)算機(jī)發(fā)生 內(nèi)存位翻轉(zhuǎn)或程序走飛，以此考核軟件抗單粒子時(shí)間故障和恢復(fù)能力。因此，本發(fā)明有效的 解決了星載儀器故障測(cè)試單粒子事件仿真問題，從而實(shí)現(xiàn)評(píng)估軟件抗單粒子事件措施的有 效性和改進(jìn)星載軟件加固的目的。本發(fā)明已用在某種應(yīng)用衛(wèi)星上，收到了有益的效果，還可用于其他衛(wèi)星的軟件故 障測(cè)試。


圖1是本發(fā)明星載軟件抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明的飛程序測(cè)試用例模塊流程圖；圖3是本發(fā)明的RAM翻轉(zhuǎn)測(cè)試用例模塊流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1是本發(fā)明星載軟件抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)框圖；如圖1的實(shí)施 例所示，該裝置包括星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)2 用于運(yùn)行星載控制軟件；星載計(jì)算機(jī)運(yùn)行測(cè)試環(huán)境3 與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)2互聯(lián)，用來觀察星載軟件單 粒子故障發(fā)生的危害及故障恢復(fù)的時(shí)間；遙控注入數(shù)據(jù)接收裝置4 與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)2連接，用于接收來自地面的指 令、數(shù)據(jù)和程序；遙測(cè)數(shù)據(jù)處理裝置5 與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)2連接，用于顯示星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算 機(jī)2上星載軟件運(yùn)行狀態(tài)和故障記錄；故障仿真模塊1 與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)2連接，用于自動(dòng)定時(shí)模擬單粒子故障事 件。本發(fā)明實(shí)施例中，上述故障仿真模塊1中，單粒子故障事件仿真采用以下兩種測(cè) 試用例模塊(1)圖2是本發(fā)明的飛程序測(cè)試用例模塊的流程圖；如圖2的實(shí)施例所示，該模塊 模擬CPU寄存器單粒子故障的測(cè)試用例，在定時(shí)中斷子程序中修改中斷返回地址，產(chǎn)生飛 程序故障；該模塊執(zhí)行如下的程序1.定時(shí)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(shè)定方式或掃描方式進(jìn)行；3.中斷子程序返回產(chǎn)生飛程序故障。(2)圖3是本發(fā)明的RAM翻轉(zhuǎn)測(cè)試用例模塊流程圖；如圖3的實(shí)施例所示，模擬存 儲(chǔ)器單粒子故障的測(cè)試用例，在定時(shí)中斷子程序中修改RAM單元的數(shù)據(jù)，每次可以使用異 或運(yùn)算指令修改一位或數(shù)位數(shù)據(jù)，使其翻轉(zhuǎn)，每次修改單元的地址可以遞增式掃描。該模 塊執(zhí)行如下的程序1.定時(shí)中斷程序；2.按照仿真周期用異或運(yùn)算指令修改RAM單元數(shù)據(jù) (RAM地址可以設(shè)定或以遞增式掃描方式進(jìn)行)；3.中斷子程序返回產(chǎn)生內(nèi)存翻轉(zhuǎn)事件。上述兩種故障仿真模塊注入到計(jì)算機(jī)的定時(shí)中斷子程序中，也可以注入到在星載 控制程序已經(jīng)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，考慮到星載軟件恢復(fù)時(shí)間和測(cè)試速度， 通常選控制周期的數(shù)百倍。下面對(duì)本發(fā)明的工作過程進(jìn)行描述

首先選擇測(cè)試用例，設(shè)置故障定時(shí)間隔和掃描方式，將上述兩種故障仿真模塊注 入到星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)2的定時(shí)中斷子程序中，也可以注入到在星載控制程序已經(jīng)使用 的控制周期子程序中。通過修改中斷返回地址使計(jì)算機(jī)程序走飛到不同的地址空間，走飛的地址可以通 過設(shè)定或以遞增掃描方式設(shè)置；通過在中斷程序中用異或指令操作RAM單元數(shù)據(jù)，使內(nèi)存 位產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤，翻轉(zhuǎn)的內(nèi)存地址可以通過設(shè)置遞增掃描方式設(shè)置。兩種單粒子故障事件 仿真測(cè)試模塊故障發(fā)生情況和恢復(fù)時(shí)間可以通過遙測(cè)數(shù)據(jù)處理器觀察，同時(shí)從遙控注數(shù)裝 置和星載軟件運(yùn)行測(cè)試環(huán)境中觀察和評(píng)估故障影響和恢復(fù)能力，用以改進(jìn)軟件。
權(quán)利要求
1.一種星載軟件抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，其特征在于，該裝置包括星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)O)用于運(yùn)行星載控制軟件；星載計(jì)算機(jī)運(yùn)行測(cè)試環(huán)境(3)與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)( 互聯(lián)，用來觀察星載軟件單 粒子故障發(fā)生的危害及故障恢復(fù)的時(shí)間；遙控注入數(shù)據(jù)接收裝置與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)( 連接，用于接收來自地面的指 令、數(shù)據(jù)和程序；遙測(cè)數(shù)據(jù)處理裝置(5)與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)( 連接，用于顯示星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算 機(jī)( 上星載軟件運(yùn)行狀態(tài)和故障記錄；故障仿真模塊(1)與星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)( 連接，用于自動(dòng)定時(shí)模擬單粒子故障事件。
2.如權(quán)利要求1所述的抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，其特征在于所述的故障仿真 模塊(1)采用以下兩種單粒子故障事件仿真測(cè)試模塊，包括飛程序測(cè)試用例模塊在定時(shí)中斷子程序中修改中斷返回地址，產(chǎn)生飛程序故障；RAM翻轉(zhuǎn)測(cè)試用例模塊模擬存儲(chǔ)器單粒子故障的測(cè)試用例，在定時(shí)中斷子程序中修 改RAM單元的數(shù)據(jù)，每次可以使用異或運(yùn)算指令修改一位或數(shù)位數(shù)據(jù)，使其翻轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，其特征在于所述的飛程序測(cè) 試用例模塊模擬CPU寄存器單粒子故障；該模塊執(zhí)行如下的程序1.定時(shí)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(chǎn)生飛程序故障。
4.如權(quán)利要求3所述的抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，其特征在于所述的飛程序測(cè) 試用例模塊在執(zhí)行2.按照仿真周期修改中斷返回的地址時(shí)，可以設(shè)定方式或掃描方式進(jìn) 行。
5.如權(quán)利要求2所述的抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，其特征在于所述的RAM翻轉(zhuǎn) 測(cè)試用例模塊執(zhí)行如下的程序1.定時(shí)中斷程序；2.按照仿真周期用異或運(yùn)算指令修改 RAM單元數(shù)據(jù)；3.中斷子程序返回產(chǎn)生內(nèi)存翻轉(zhuǎn)事件。
6.如權(quán)利要求5所述的抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，其特征在于所述的RAM翻轉(zhuǎn) 測(cè)試用例模塊在執(zhí)行2.按照仿真周期用異或運(yùn)算指令修改RAM單元數(shù)據(jù)時(shí)，RAM地址可以 設(shè)定或以遞增式掃描方式進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求2所述的抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，其特征在于所述的兩種故障 仿真模塊注入到計(jì)算機(jī)的定時(shí)中斷子程序中，也可以注入到在星載控制程序已經(jīng)使用的控 制周期子程序中。
8.如權(quán)利要求7所述的抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，其特征在于所述的單粒子故 障事件仿真掃描間隔可以控制，通常選擇控制周期的數(shù)百倍。
9.如權(quán)利要求2所述的抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，其特征在于，所述的兩種單 粒子故障事件仿真測(cè)試模塊故障發(fā)生情況和恢復(fù)時(shí)間可以通過遙測(cè)數(shù)據(jù)處理器觀察，同時(shí) 從遙控注數(shù)裝置和星載軟件運(yùn)行測(cè)試環(huán)境中觀察和評(píng)估故障影響和恢復(fù)能力，用以改進(jìn)軟 件。
全文摘要
本發(fā)明涉及衛(wèi)星星載軟件故障測(cè)試裝置，公開了一種星載軟件抗單粒子翻轉(zhuǎn)故障的測(cè)試裝置，包括星載數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)(2)用于運(yùn)行星載控制軟件；星載計(jì)算機(jī)運(yùn)行測(cè)試環(huán)境(3)用來觀察星載軟件單粒子故障發(fā)生的危害及故障恢復(fù)的時(shí)間；遙控注入數(shù)據(jù)接收裝置(4)用于接收來自地面的指令、數(shù)據(jù)和程序；遙測(cè)數(shù)據(jù)處理裝置(5)用于顯示星載軟件運(yùn)行狀態(tài)和故障記錄；故障仿真模塊(1)用于自動(dòng)定時(shí)模擬單粒子故障事件。本發(fā)明解決了星載儀器故障測(cè)試，單粒子事件或電磁脈沖干擾仿真問題，從而實(shí)現(xiàn)評(píng)估軟件抗單粒子事件措施的有效性和改進(jìn)星載軟件加固的目的。
文檔編號(hào)G06F11/36GK102096627SQ20091020032
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者康紀(jì)軍, 朱海園, 章生平 申請(qǐng)人:上海衛(wèi)星工程研究所