CN102096627A - 星载软件抗单粒子翻转故障的测试装置 - Google Patents

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朱海园
康纪军
章生平
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Abstract

本发明涉及卫星星载软件故障测试装置，公开了一种星载软件抗单粒子翻转故障的测试装置，包括：星载数据管理计算机(2)：用于运行星载控制软件；星载计算机运行测试环境(3)：用来观察星载软件单粒子故障发生的危害及故障恢复的时间；遥控注入数据接收装置(4)：用于接收来自地面的指令、数据和程序；遥测数据处理装置(5)：用于显示星载软件运行状态和故障记录；故障仿真模块(1)：用于自动定时模拟单粒子故障事件。本发明解决了星载仪器故障测试，单粒子事件或电磁脉冲干扰仿真问题，从而实现评估软件抗单粒子事件措施的有效性和改进星载软件加固的目的。

Description

星载软件抗单粒子翻转故障的测试装置
技术领域
本发明涉及卫星星载软件故障测试装置，更具体地说，涉及一种星载软件抗单粒子翻转故障的测试装置。
背景技术
人造地球卫星是在十分严酷的空间环境条件下工作的，星载计算机中CPU和存储器等大规模集成电路在空间环境中随时会遭遇空间高能粒子的轰击，即单粒子翻转事件(SEU)、静电放电形成的高压电磁脉冲或EMC环境中形成的各种干扰，致使航天器中大规模集成电路翻转的故障。这类故障对星载计算机的影响主要表现程序走飞或存储单元出错。为了消除SEU事件的影响，星载软件通常采取了多种容错纠错措施，包括EDAC维护，表决，路径检查，故障恢复等，但是，单粒子事件造成卫星故障的事件仍屡屡发生，甚至造成卫星重大损失。因此，需要通过测试和评估，加强对星载计算机软件抗单粒子能力的测试进而使软件得到改进。
目前，软件的故障测试主要通过设计固定故障点的测试用例，单粒子翻转故障仿真需要通过计算机内总线加入固定电平来模拟。
上述这些星载软件的测试方法，存在着比较明显的不足，一是硬件仿真故障容易对计算机产生损害和危险；二是故障仿真不能实现覆盖或不能进行经常性仿真。
为此，一种星载软件抗单粒子翻转故障的测试方法可以改变这种不足，这种故障测试方法利用软件注入技术，仿真CPU寄存器翻转产生飞程序故障；仿真存储器故障，产生存储单元出错故障。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了改进现有技术对星载软件抗单粒子翻转故障的测试的覆盖性和经常性方面的不足，达到改进软件，增强软件容错，纠错，故障恢复能力，本发明的目的在于提出一种星载软件抗单粒子翻转故障的测试装置，利用本发明，可以进行星载软件故障覆盖性测试和经常性测试，从而，实现星载软件通过测试和改进达到强壮的目的。
为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种星载软件抗单粒子翻转故障的测试装置，该装置包括：
星载数据管理计算机：用于运行星载控制软件；
星载计算机运行测试环境：与星载数据管理计算机互联，用来观察星载软件单粒子故障发生的危害及故障恢复的时间；
遥控注入数据接收装置：与星载数据管理计算机连接，用于接收来自地面的指令、数据和程序；
遥测数据处理装置：与星载数据管理计算机连接，用于显示星载数据管理计算机上星载软件运行状态和故障记录；
故障仿真模块：与星载数据管理计算机连接，用于自动定时模拟单粒子故障事件。
上述故障仿真模块采用以下两种单粒子故障事件仿真测试模块，包括：
飞程序测试用例模块：在定时中断子程序中修改中断返回地址，产生飞程序故障；
RAM翻转测试用例模块：模拟存储器单粒子故障的测试用例，在定时中断子程序中修改RAM单元的数据，每次可以使用异或运算指令修改一位或数位数据，使其翻转。
本发明星载软件抗单粒子翻转故障的测试装置，由于采取上述的技术方案，采用两种测试用例模块，自动定时模拟单粒子故障事件。星载控制软件在其测试环境中运行，将软件故障仿真模块注入到一个周期中断的程序中，定时地模拟单粒子故障，使计算机发生内存位翻转或程序走飞，以此考核软件抗单粒子时间故障和恢复能力。因此，本发明有效的解决了星载仪器故障测试单粒子事件仿真问题，从而实现评估软件抗单粒子事件措施的有效性和改进星载软件加固的目的。
本发明已用在某种应用卫星上，收到了有益的效果，还可用于其他卫星的软件故障测试。
附图说明
图1是本发明星载软件抗单粒子翻转故障测试装置的结构框图；
图2是本发明的飞程序测试用例模块流程图；
图3是本发明的RAM翻转测试用例模块流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的优选实施例。
图1是本发明星载软件抗单粒子翻转故障的测试装置的结构框图；如图1的实施例所示，该装置包括：
星载数据管理计算机2：用于运行星载控制软件；
星载计算机运行测试环境3：与星载数据管理计算机2互联，用来观察星载软件单粒子故障发生的危害及故障恢复的时间；
遥控注入数据接收装置4：与星载数据管理计算机2连接，用于接收来自地面的指令、数据和程序；
遥测数据处理装置5：与星载数据管理计算机2连接，用于显示星载数据管理计算机2上星载软件运行状态和故障记录；
故障仿真模块1：与星载数据管理计算机2连接，用于自动定时模拟单粒子故障事件。
本发明实施例中，上述故障仿真模块1中，单粒子故障事件仿真采用以下两种测试用例模块：
(1)图2是本发明的飞程序测试用例模块的流程图；如图2的实施例所示，该模块模拟CPU寄存器单粒子故障的测试用例，在定时中断子程序中修改中断返回地址，产生飞程序故障；该模块执行如下的程序：1.定时中断程序；2.按照仿真周期修改中断返回的地址修改中断返回的地址可以设定方式或扫描方式进行；3.中断子程序返回产生飞程序故障。
(2)图3是本发明的RAM翻转测试用例模块流程图；如图3的实施例所示，模拟存储器单粒子故障的测试用例，在定时中断子程序中修改RAM单元的数据，每次可以使用异或运算指令修改一位或数位数据，使其翻转，每次修改单元的地址可以递增式扫描。该模块执行如下的程序：1.定时中断程序；2.按照仿真周期用异或运算指令修改RAM单元数据(RAM地址可以设定或以递增式扫描方式进行)；3.中断子程序返回产生内存翻转事件。
上述两种故障仿真模块注入到计算机的定时中断子程序中，也可以注入到在星载控制程序已经使用的控制周期子程序中。
单粒子故障事件仿真扫描间隔可以控制，考虑到星载软件恢复时间和测试速度，通常选控制周期的数百倍。
下面对本发明的工作过程进行描述：
首先选择测试用例，设置故障定时间隔和扫描方式，将上述两种故障仿真模块注入到星载数据管理计算机2的定时中断子程序中，也可以注入到在星载控制程序已经使用的控制周期子程序中。
通过修改中断返回地址使计算机程序走飞到不同的地址空间，走飞的地址可以通过设定或以递增扫描方式设置；通过在中断程序中用异或指令操作RAM单元数据，使内存位产生翻转错误，翻转的内存地址可以通过设置递增扫描方式设置。两种单粒子故障事件仿真测试模块故障发生情况和恢复时间可以通过遥测数据处理器观察，同时从遥控注数装置和星载软件运行测试环境中观察和评估故障影响和恢复能力，用以改进软件。

Claims (9)

1.一种星载软件抗单粒子翻转故障的测试装置，其特征在于，该装置包括：
星载数据管理计算机(2)：用于运行星载控制软件；
星载计算机运行测试环境(3)：与星载数据管理计算机(2)互联，用来观察星载软件单粒子故障发生的危害及故障恢复的时间；
遥控注入数据接收装置(4)：与星载数据管理计算机(2)连接，用于接收来自地面的指令、数据和程序；
遥测数据处理装置(5)：与星载数据管理计算机(2)连接，用于显示星载数据管理计算机(2)上星载软件运行状态和故障记录；
故障仿真模块(1)：与星载数据管理计算机(2)连接，用于自动定时模拟单粒子故障事件。
2.如权利要求1所述的抗单粒子翻转故障的测试装置，其特征在于：所述的故障仿真模块(1)采用以下两种单粒子故障事件仿真测试模块，包括：
飞程序测试用例模块：在定时中断子程序中修改中断返回地址，产生飞程序故障；
RAM翻转测试用例模块：模拟存储器单粒子故障的测试用例，在定时中断子程序中修改RAM单元的数据，每次可以使用异或运算指令修改一位或数位数据，使其翻转。
3.如权利要求2所述的抗单粒子翻转故障的测试装置，其特征在于：所述的飞程序测试用例模块模拟CPU寄存器单粒子故障；该模块执行如下的程序：1.定时中断程序；2.按照仿真周期修改中断返回的地址；3.中断子程序返回产生飞程序故障。
4.如权利要求3所述的抗单粒子翻转故障的测试装置，其特征在于：所述的飞程序测试用例模块在执行2.按照仿真周期修改中断返回的地址时，可以设定方式或扫描方式进行。
5.如权利要求2所述的抗单粒子翻转故障的测试装置，其特征在于：所述的RAM翻转测试用例模块执行如下的程序：1.定时中断程序；2.按照仿真周期用异或运算指令修改RAM单元数据；3.中断子程序返回产生内存翻转事件。
6.如权利要求5所述的抗单粒子翻转故障的测试装置，其特征在于：所述的RAM翻转测试用例模块在执行2.按照仿真周期用异或运算指令修改RAM单元数据时，RAM地址可以设定或以递增式扫描方式进行。
7.如权利要求2所述的抗单粒子翻转故障的测试装置，其特征在于：所述的两种故障仿真模块注入到计算机的定时中断子程序中，也可以注入到在星载控制程序已经使用的控制周期子程序中。
8.如权利要求7所述的抗单粒子翻转故障的测试装置，其特征在于：所述的单粒子故障事件仿真扫描间隔可以控制，通常选择控制周期的数百倍。
9.如权利要求2所述的抗单粒子翻转故障的测试装置，其特征在于：，所述的两种单粒子故障事件仿真测试模块故障发生情况和恢复时间可以通过遥测数据处理器观察，同时从遥控注数装置和星载软件运行测试环境中观察和评估故障影响和恢复能力，用以改进软件。
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