逻辑操作：检测并抑制太空中的对抗性硬件故障

卫星在太空中高度易受到对抗性故障或高能辐射的攻击，这可能导致 onboard 计算机发生故障。过去数十年间，已探索了多种辐射和故障容错方法，如纠错码(ECC)和冗余方法，以缓解软件和硬件上的暂时性软错误。然而，传统 ECC 方法难以处理硬件组件上的硬错误或永久性故障。本工作引入一种基于检测和响应的对策，用于处理部分损坏的处理器芯片。它从永久性故障中恢复处理器芯片，使其能够使用芯片上可用且完好的数据资源持续运行。我们在目标处理器芯片上集成数字兼容延迟式传感器，以可靠地检测甚至在故障发生之前就检测到来自芯片物理结构的辐射或窃取尝试。 Upon 检测到处理器算术逻辑单元(ALU)的一个或多个组件出现故障后，我们的对策采用自适应软件重新编译来重新综合并替换受影响的指令，使其使用仍在正常运行的组件来完成任务。此外，如果故障范围更广，导致整个处理器无法正确运行，我们的方法部署自适应硬件部分重配置，以替换并重新路由故障组件至芯片的完好位置。为验证我们的主张，我们在实现 28nm FPGA 上的 RISC-V 处理器上施加高能近红外(NIR)激光束，模拟辐射甚至硬错误，通过部分损坏 FPGA 结构来实现。我们展示了传感器能够自信地检测辐射并触发处理器测试和故障恢复机制。最后，我们讨论了本对策所施加的开销。