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항공용 임베디드 시스템을 위한 Triple Module Redundancy 구조의 임베디드 하드웨어 신뢰성 평가
A Study on the Triple Module Redundancy ARM processor for the Avionic Embedded System

이동우    (한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부   ); 김병영    (한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부   ); 고완진    (한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부   ); 나종화    (한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부  );
  • 초록

    항공 임베디드 시스템은 고신뢰성 설계가 매우 중요하다. 본 논문에서는 고신뢰성 항공 임베디드 시스템 연구를 위하여 Triple Modular Redundancy(TMR) 구조의 하드웨어를 설계하였다. TMR 구조의 하드웨어가 단일 프로세서 구조의 하드웨어보다 얼마나 신뢰성이 향상 되었는지를 연구하기 위하여, ARM 프로세서와 TMR ARM 프로세서의 축소된 형태의 시뮬레이션 모델을 개발하였고 각각의 신뢰성을 평가하는 연구를 수행하였다. 신뢰성 평가는 RTL을 이용한 시뮬레이션 기반 오류 주입 시뮬레이션 기법을 이용하였다. 주입된 오류별로 타겟 시스템의 상태변화를 분석하여, 오류 복구비율을 계산하였다. 실험결과 TMR ARM의 오류복구 능력은 ARM에 비해 최대 10배 이상 향상되었으며, 특히 permanent fault에서 더 강인함을 확인 하였다.


    The design of avionic embedded systems requires high-dependability. In this paper, we studied the dependability of the triple modular redundancy (TMR) hardware for highly reliable aviation embedded system. In order to evaluate the dependability of the base ARM processor and the TMR ARM processor, we developed the simulation model of the reduced ARM and TMR ARM processors and performed the simulation fault injection for the analysis of the dependability of the two targets. In the fault injection experiments, we calculated the error recovery rate of the two the processor models. From the experimental results, we could confirm that the reliability of the TMR ARM processor was greater than the single ARM processor by ten times in some cases.


  • 주제어

    avionic embedded system .   triple modular redundency .   fault injection .   dependability.  

  • 참고문헌 (9)

    1. David C. Black, Jack Donovan, Bill Bunton, Anna Keist, "SystemC:Form The Ground Up" Springer, 2004. 
    2. L.Anghel, M. Rebaudengo, M. Sonza, Reorda, M. Violante "Multi-level Fault Effects Evaluation" R. Velazco et.al. Radiation Effects on Embedded Systems, pp69-88, 2007 
    3. Nicholas J. Wang, Sanjay J. Patel "ReStore: Symptom-Based Soft Error Detection in Microprocessors" IEEE TRANSACTIONS ON DEPENDABLE AND SECURE COMPUTING, VOL. 3, NO. 3, JULY-SEPTEMBER 2006. 
    4. T.M.Austin "DIVA: A Reliable Substrate for Deep Submicron Microarchitecture Design" in 32nd Annual International Symposium on Microarchitecture(MICRO), pp.196-207, 1999. 
    5. Francesco Abate, Luca Sterpone, and Massimo Violante "A New Mitigation Approach for Soft Errors in Embedded Processors" IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, VOL. 55, NO. 4, AUGUST 2008. 
    6. 나종화, 류대현, 김대영 공역 "ARM System -on-Chip 구조" 홍릉과학출판사. 
    7. Shubu Mukherjee "Architecture Design For Soft Errors" Morgan Kaufmann Publishers. 
    8. http://www.freescale.com 
    9. Dongwoo Lee, Jongwhoa Na, "A Novel Simulation Fault Injection Method for Dependability Analysis" IEEE Design & Test Computers, 11-12. 2009 

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