基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置及方法
【專利摘要】基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置及方法，屬于硬件故障檢測領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有硬件故障檢測裝置及方法功耗高的問題。本發(fā)明所述的基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置，通過在不同層級中嵌入故障檢測模塊，逐層對故障進(jìn)行檢測，能夠診斷多種故障類型，使檢測功耗減小了60%。本發(fā)明所述的基于高層級癥狀的硬件故障檢測方法，屬高層級檢測方法，它通過逐層檢測的方式，使通用性和覆蓋面增大，提高了各層級的故障屏蔽能力，使故障覆蓋率達(dá)到了90%以上。同時(shí)將故障癥狀進(jìn)行區(qū)分，為后續(xù)故障診斷機(jī)制減小功耗。本發(fā)明所述的基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置及方法，適用于對計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行故障檢測。
【專利說明】基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于硬件故障檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件故障按機(jī)理可分為瞬時(shí)故障、永久故障和間歇故障。瞬時(shí)故障是由輻射引發(fā)的暫時(shí)性失效或狀態(tài)改變，通常不會(huì)對器件產(chǎn)生物理性損傷。此類故障受環(huán)境因素影響較大，具有隨機(jī)性。永久故障指因設(shè)計(jì)缺陷或器件老化引起的永久性物理損傷，故障現(xiàn)場可重現(xiàn)，易于檢測。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，常通過器件替換進(jìn)行維護(hù)。間歇故障引發(fā)原因與永久故障類似，但屬于一種過渡階段，故障表現(xiàn)出不規(guī)則的爆發(fā)性，爆發(fā)頻度逐漸增加并最終形成永久故障。間歇故障發(fā)生后，故障部件亦須替換。
[0003]處理器I內(nèi)硬件故障檢測常針對觸發(fā)器、鎖存器等時(shí)序邏輯，一般采用ECC、奇偶校驗(yàn)等機(jī)制實(shí)現(xiàn)。有研究發(fā)現(xiàn)，對于亂序架構(gòu)處理器190%以上組合邏輯發(fā)生的單比特翻轉(zhuǎn)被奇偶校驗(yàn)檢出的概率低于50%，因?yàn)閬y序處理器I在讀取操作數(shù)時(shí)指令已經(jīng)流出流水線。而對于以解碼單元、算邏單元、地址生成單元為代表的組合邏輯，以及多核內(nèi)的互聯(lián)部件難于防護(hù)。成熟的冷備、熱備(cold/hot spare),雙模、三模冗余(TMR/DMR)等機(jī)制故障檢錯(cuò)率高，但卻帶來了過高的硬件代價(jià)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有硬件故障檢測裝置及方法功耗高的問題，現(xiàn)提供基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置及方法。
[0005]基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置，它包括:處理器、固件層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層；
[0006]處理器的信號輸出端連接固件層的信號輸出端，固件層的信號輸出端連接操作系統(tǒng)層的信號輸入端，操作系統(tǒng)層的信號輸出端連接應(yīng)用層的信號輸入端；
[0007]所述固件層中嵌入關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測固件層中的關(guān)鍵陷入故障；
[0008]所述操作系統(tǒng)層中嵌入高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測操作系統(tǒng)層中的高發(fā)活動(dòng)故障；
[0009]所述應(yīng)用層中嵌入死循環(huán)癥狀檢測模塊、故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊和故障狀態(tài)引用檢測模塊，所述死循環(huán)癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層中的死循環(huán)故障，故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層中的故障狀態(tài)未引用故障，故障狀態(tài)引用檢測模塊用于檢測應(yīng)用層中的故障狀態(tài)引用故障。所述處理器包括:地址生成單元、算邏單元、解碼單元和寄存單兀；
[0010]所述地址生成單元的信號輸出端、算邏單元的信號輸出端、解碼單元的信號輸出端和寄存單兀的信號輸出端同時(shí)作為處理器的信號輸出端。
[0011]基于高層級癥狀的硬件故障檢測方法，該方法是基于以下裝置實(shí)現(xiàn)的，[0012]基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置，它包括:處理器、固件層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層；
[0013]處理器的信號輸出端連接固件層的信號輸出端，固件層的信號輸出端連接操作系統(tǒng)層的信號輸入端，操作系統(tǒng)層的信號輸出端連接應(yīng)用層的信號輸入端；
[0014]所述固件層中嵌入關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測固件層中的關(guān)鍵陷入故障；
[0015]所述操作系統(tǒng)層中嵌入高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測操作系統(tǒng)層中的高發(fā)活動(dòng)故障；
[0016]所述應(yīng)用層中嵌入死循環(huán)癥狀檢測模塊、故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊和故障狀態(tài)引用檢測模塊，所述死循環(huán)癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層中的死循環(huán)故障，故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層中的故障狀態(tài)未引用故障，故障狀態(tài)引用檢測模塊用于檢測應(yīng)用層中的故障狀態(tài)引用故障；
[0017]所述硬件故障檢測方法，包括以下步驟:
[0018]步驟一:處理器將控制信號發(fā)送給固件層，固件層中的關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊對該信號進(jìn)行故障檢測，然后執(zhí)行步驟二 ；
[0019]步驟二:判斷關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生關(guān)鍵陷入故障，完成硬件故障檢測，否則執(zhí)行步驟三；
[0020]步驟三:固件層將信號發(fā)送到操作系統(tǒng)層，操作系統(tǒng)層中的高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊對該信號進(jìn)行故障檢測，然后執(zhí)行步驟四；
[0021]步驟四:判斷高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生高發(fā)活動(dòng)故障，完成硬件故障檢測，否則執(zhí)行步驟五；
[0022]步驟五:操作系統(tǒng)層將信號發(fā)送到應(yīng)用層，應(yīng)用層中的死循環(huán)癥狀檢測模塊、故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊和故障狀態(tài)引用檢測模塊同時(shí)對該信號進(jìn)行故障檢測，然后同時(shí)執(zhí)行步驟六、步驟七和步驟八；
[0023]步驟六:判斷死循環(huán)癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生死循環(huán)故障，完成硬件故障檢測，否則確定系統(tǒng)硬件未發(fā)生故障；
[0024]步驟七:判斷故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生死循環(huán)故障，完成硬件故障檢測，否則確定系統(tǒng)硬件未發(fā)生故障；
[0025]步驟八:判斷故障狀態(tài)引用檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生死循環(huán)故障，完成硬件故障檢測，否則確定系統(tǒng)硬件未發(fā)生故障。
[0026]本發(fā)明所述的基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置，通過在不同層級中嵌入故障檢測模塊，逐層對故障進(jìn)行檢測，避免了周期性檢測帶來的漏檢問題，同時(shí)能夠診斷多種故障類型，使檢測功耗減小了 60%。
[0027]本發(fā)明所述的基于高層級癥狀的硬件故障檢測方法，屬高層級檢測方法，它通過逐層檢測的方式，使通用性和覆蓋面增大，提高了各層級的故障屏蔽能力，使故障覆蓋率達(dá)到了 90%以上。同時(shí)將故障癥狀進(jìn)行區(qū)分，從而有效避免了將操作系統(tǒng)和應(yīng)用的容錯(cuò)特性排除在外的過度容錯(cuò)，為后續(xù)故障診斷機(jī)制減小功耗。
[0028]本發(fā)明所述的基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置及方法，適用于對計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行故障檢測。【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2為基于高層級癥狀的硬件故障檢測方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]【具體實(shí)施方式】一:參照圖1具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置，它包括:處理器1、固件層2、操作系統(tǒng)層3和應(yīng)用層4 ；
[0032]處理器I的信號輸出端連接固件層2的信號輸出端，固件層2的信號輸出端連接操作系統(tǒng)層3的信號輸入端，操作系統(tǒng)層3的信號輸出端連接應(yīng)用層4的信號輸入端；
[0033]所述固件層2中嵌入關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測固件層2中的關(guān)鍵陷入故障；
[0034]所述操作系統(tǒng)層3中嵌入高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測操作系統(tǒng)層3中的高發(fā)活動(dòng)故障；
[0035]所述應(yīng)用層4中嵌入死循環(huán)癥狀檢測模塊、故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊和故障狀態(tài)引用檢測模塊，所述死循環(huán)癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層4中的死循環(huán)故障，故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層4中的故障狀態(tài)未引用故障，故障狀態(tài)引用檢測模塊用于檢測應(yīng)用層4中的故障狀態(tài)引用故障。
[0036]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置作進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述處理器I包括:地址生成單元1-1、算邏單元1-2、解碼單元1-3和寄存單元1-4 ；
[0037]所述地址生成單元1-1的信號輸出端、算邏單元1-2的信號輸出端、解碼單元1-3的信號輸出端和寄存單兀1-4的信號輸出端同時(shí)作為處理器I的信號輸出端。
[0038]【具體實(shí)施方式】三:參照圖2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于高層級癥狀的硬件故障檢測方法，該方法是基于以下裝置實(shí)現(xiàn)的，
[0039]基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置，它包括:處理器1、固件層2、操作系統(tǒng)層3和應(yīng)用層4 ；
[0040]處理器I的信號輸出端連接固件層2的信號輸出端，固件層2的信號輸出端連接操作系統(tǒng)層3的信號輸入端，操作系統(tǒng)層3的信號輸出端連接應(yīng)用層4的信號輸入端；
[0041]所述固件層2中嵌入關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測固件層2中的關(guān)鍵陷入故障；
[0042]所述操作系統(tǒng)層3中嵌入高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測操作系統(tǒng)層3中的高發(fā)活動(dòng)故障；
[0043]所述應(yīng)用層4中嵌入死循環(huán)癥狀檢測模塊、故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊和故障狀態(tài)引用檢測模塊，所述死循環(huán)癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層4中的死循環(huán)故障，故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層4中的故障狀態(tài)未引用故障，故障狀態(tài)引用檢測模塊用于檢測應(yīng)用層4中的故障狀態(tài)引用故障；
[0044]所述硬件故障檢測方法，包括以下步驟:
[0045]步驟一:處理器I將控制信號發(fā)送給固件層2，固件層2中的關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊對該信號進(jìn)行故障檢測，然后執(zhí)行步驟二 ；
[0046]步驟二:判斷關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生關(guān)鍵陷入故障，完成硬件故障檢測，否則執(zhí)行步驟三；
[0047]步驟三:固件層2將信號發(fā)送到操作系統(tǒng)層3，操作系統(tǒng)層3中的高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊對該信號進(jìn)行故障檢測，然后執(zhí)行步驟四；
[0048]步驟四:判斷高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生高發(fā)活動(dòng)故障，完成硬件故障檢測，否則執(zhí)行步驟五；
[0049]步驟五:操作系統(tǒng)層3將信號發(fā)送到應(yīng)用層4，應(yīng)用層4中的死循環(huán)癥狀檢測模塊、故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊和故障狀態(tài)引用檢測模塊同時(shí)對該信號進(jìn)行故障檢測，然后同時(shí)執(zhí)行步驟六、步驟七和步驟八；
[0050]步驟六:判斷死循環(huán)癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生死循環(huán)故障，完成硬件故障檢測，否則確定系統(tǒng)硬件未發(fā)生故障；
[0051]步驟七:判斷故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生死循環(huán)故障，完成硬件故障檢測，否則確定系統(tǒng)硬件未發(fā)生故障；
[0052]步驟八:判斷故障狀態(tài)引用檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生死循環(huán)故障，完成硬件故障檢測，否則確定系統(tǒng)硬件未發(fā)生故障。
【權(quán)利要求】
1.基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置，它包括:處理器(I)、固件層(2)、操作系統(tǒng)層(3)和應(yīng)用層(4)； 處理器(I)的信號輸出端連接固件層(2)的信號輸出端，固件層(2)的信號輸出端連接操作系統(tǒng)層(3)的信號輸入端，操作系統(tǒng)層(3)的信號輸出端連接應(yīng)用層(4)的信號輸入端; 所述固件層(2)中嵌入關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測固件層(2)中的關(guān)鍵陷入故障； 所述操作系統(tǒng)層(3)中嵌入高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測操作系統(tǒng)層(3)中的高發(fā)活動(dòng)故障； 其特征在于，所述應(yīng)用層(4)中嵌入死循環(huán)癥狀檢測模塊、故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊和故障狀態(tài)引用檢測模塊，所述死循環(huán)癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層(4)中的死循環(huán)故障，故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層(4)中的故障狀態(tài)未引用故障，故障狀態(tài)引用檢測模塊用于檢測應(yīng)用層(4)中的故障狀態(tài)引用故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高層級癥狀的硬件故障檢測裝置，其特征在于，所述處理器(I)包括:地址生成單元(1-1)、算邏單元(1-2)、解碼單元(1-3)和寄存單元(1-4)； 所述地址生成單元(1-1)的信號輸出端、算邏單元(1-2)的信號輸出端、解碼單元(1-3)的信號輸出端和寄存單兀(1-4)的信號輸出端同時(shí)作為處理器(I)的信號輸出端。
3.基于高層級癥狀的硬件故障檢測方法，其特征在于，該方法是基于以下裝置實(shí)現(xiàn)的， 基于高層級癥狀的硬件 故障檢測裝置，它包括:處理器(I)、固件層(2)、操作系統(tǒng)層(3)和應(yīng)用層(4)； 處理器(I)的信號輸出端連接固件層(2)的信號輸出端，固件層(2)的信號輸出端連接操作系統(tǒng)層(3)的信號輸入端，操作系統(tǒng)層(3)的信號輸出端連接應(yīng)用層(4)的信號輸入端; 所述固件層(2)中嵌入關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測固件層(2)中的關(guān)鍵陷入故障； 所述操作系統(tǒng)層(3)中嵌入高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊，該檢測模塊用于檢測操作系統(tǒng)層(3)中的高發(fā)活動(dòng)故障； 所述應(yīng)用層(4)中嵌入死循環(huán)癥狀檢測模塊、故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊和故障狀態(tài)引用檢測模塊，所述死循環(huán)癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層(4)中的死循環(huán)故障，故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊用于檢測應(yīng)用層(4)中的故障狀態(tài)未引用故障，故障狀態(tài)引用檢測模塊用于檢測應(yīng)用層(4)中的故障狀態(tài)引用故障； 所述硬件故障檢測方法，包括以下步驟: 步驟一:處理器(I)將控制信號發(fā)送給固件層(2)，固件層(2)中的關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊對該信號進(jìn)行故障檢測，然后執(zhí)行步驟二 ； 步驟二:判斷關(guān)鍵陷入癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生關(guān)鍵陷入故障，完成硬件故障檢測，否則執(zhí)行步驟三； 步驟三:固件層(2)將信號發(fā)送到操作系統(tǒng)層(3)，操作系統(tǒng)層(3)中的高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊對該信號進(jìn)行故障檢測，然后執(zhí)行步驟四； 步驟四:判斷高發(fā)活動(dòng)癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生高發(fā)活動(dòng)故障，完成硬件故障檢測，否則執(zhí)行步驟五； 步驟五:操作系統(tǒng)層(3)將信號發(fā)送到應(yīng)用層(4)，應(yīng)用層(4)中的死循環(huán)癥狀檢測模塊、故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊和故障狀態(tài)引用檢測模塊同時(shí)對該信號進(jìn)行故障檢測，然后同時(shí)執(zhí)行步驟六、步驟七和步驟八； 步驟六:判斷死循環(huán)癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生死循環(huán)故障，完成硬件故障檢測，否則確定系統(tǒng)硬件未發(fā)生故障； 步驟七:判斷故障狀態(tài)未引用癥狀檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生死循環(huán)故障，完成硬件故障檢測，否則確定系統(tǒng)硬件未發(fā)生故障； 步驟八:判斷故障狀態(tài)引用檢測模塊是否檢測到故障，是則確定系統(tǒng)硬件發(fā)生死循環(huán)故障，完成硬件故障 檢測，否則確定系統(tǒng)硬件未發(fā)生故障。
【文檔編號】G06F11/22GK103744758SQ201310737931
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】崔剛, 傅忠傳, 王超, 朱東杰, 潘波, 王秀峰, 季春光, 張明, 王彥, 張畢英, 張策 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)