FT-EALU：面向关键嵌入式与实时系统的容错算术逻辑单元
硬件体系结构
2022-04-05 v1
摘要
本文提出一种称为 FT-EALU 的容错方法，用于缓解嵌入式处理器算术与逻辑操作的瞬态与永久故障。该方法在时间上复现每个操作，并对所得最终结果进行投票以生成最终输出。为考虑永久故障的影响，仅在时间上复现相同操作并不充分，还需使操作数多样化。为此，在 FT-EALU 中我们考虑输入数据的三个不同版本，并随时间串行地对它们施加目标操作。为避免高时间开销，我们采用移位与交换等简单算子对输入数据做适当分流。我们提出的容错方法将复现且多样的结果传递至一个基于奖赏/惩罚策略设计的新型加权投票器。对于每个执行版本，基于所提加权方法，根据其应对若干故障场景的校正能力定义相应权重。该权重定义了每个执行版本结果的可靠性，并确定其对最终结果的影响。最终结果基于每次执行的权重及其计算结果逐位生成。这些权重通过设计期学习方案静态确定，该方案将多种故障类型施加于不同数据位。基于执行版本缓解永久故障的能力，为其分配正或负分数。这些分数在多种情形下被整合并归一化，以导出每位上各执行的适当权重。我们进行了若干实验以展示所提方法的效率，基于实验，FT-EALU 能够纠正输入数据单位与双位上注入永久故障的约 84.93% 与 69.71%。
引用
@article{arxiv.2204.01262,
title = {FT-EALU: Fault Tolerant Arithmetic and Logic Unit for Critical Embedded and Real time Systems},
author = {Athena Abdi and Sina Shahoveisi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.01262},
year = {2022}
}