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申请/专利权人：南京航空航天大学

摘要：本发明公开了一种面向辐射环境的CPU抗SEU效应的可靠性建模与评估方法，包括以下步骤：以CPU不同功能模块为单位，采用Z语言对CPU进行分级建模，自底向上建立可靠性评估模型FMRE‑Z；对不同CPU功能模块CFM进行进一步划分，分析CFM各个组件的实时运行状态以及状态转移关系，进行马尔可夫链建模，并计算CFM的可靠性；基于CFM运行状态的可靠性概率，利用贝叶斯网络，计算CPU整体可靠性；依据所建立的贝叶斯网络模型，反向推理并识别出可靠性关键模块。本发明将CPU进行模块化抽象，结合了Z语言建模、马尔可夫链和贝叶斯网络的优点，可以对CPU整体以及各个CFM进行有效的可靠性分析与评估。

主权项：1.一种面向辐射环境的CPU抗SEU效应的可靠性建模与评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，提取CPU设计中的可靠性相关信息，使用Z语言对CPU进行分级建模，以CPU功能模块CFM为单位，自下而上地建立FMRE-Z模型；FMRE-Z模型表示为一个三元组：FMRE-Z＝ERCFM,StateCFM,STRCFM式中，ERCFM表示CFM的失效率，StateCFM表示CFM的状态空间，STRCFM表示状态转移关系；所述功能模块CFM包括缓冲存储器、预取单元、内存保护单元、负载存储单元以及数据处理单元，上述单元的失效率分别用λCACHE、λPFU、λMPU、λLSU和λDPU表示；其中，缓冲存储器包括数据缓存控制器及其RAM，指令缓存控制器及其RAM，AXI总线主接口，以及AXI总线从接口，这些部件的失效率分别为λL1-DCACHE、λL1-ICACHE、λCACHE-AXIM、λCACHE-AXIS，则缓冲存储器的失效率λCACHE为：λCACHE＝1-1-λL1-DCACHE*1-λL1-ICACHE*1-λCACHE-AXIM*1-λCACHE-AXIS同理可获得λPFU、λMPU、λLSU和λDPU；步骤2，依据FMRE-Z模型描述的CFM状态的连续时间关系，采用连续时间的马尔可夫链CTMC描述FMRE-Z模型，为每一个CFM建立CTMCCFM模型，对CFM的可靠性进行评估；所述CTMC描述为三元组：CTMC＝I,T,t其中，1I表示CTMC的状态空间，I＝{i1,i2,...,in}，in表示第n种状态，n为状态空间大小；2T表示CTMC的状态转移矩阵，是一个n*n的方阵，Tjk表示状态ij转移到状态ik的概率，且表示第j种状态转移为其他状态或保留自身状态的概率和为1；3t表示时刻；步骤3，依据步骤2中得到的CFM可靠性概率，建立CPU整体的概率拓扑关系，再基于贝叶斯网络，建立CPU整体可靠性评估模型CPURE-BN，该模型为“总-分”模式，描述CPU整体失效率与五个功能模块CFM失效率的拓扑关系；之后基于CPURE-BN模型评估CPU整体的可靠性；所述基于CPURE-BN模型评估CPU可靠性，具体包括：CPU整体的失效率PERROR表示为：PERROR＝Py＝1|x1,x2,x3,x4,x5式中，x1,x2,x3,x4,x5分别表示缓冲存储器、预取单元、内存保护单元、负载存储单元以及数据处理单元这五个CFM发生失效的事件，y表示CPU整体发生失效的事件；基于CPURE-BN模型，依据CFM的失效率计算CPU整体的失效率，由此评估CPU整体的可靠性为：Py＝0＝1-Px1＝1*Px2＝1*Px3＝1*Px4＝1*Px5＝1式中，Px1＝1＝λCACHE，Px2＝1＝λPFU，Px3＝1＝λMPU，Px4＝1＝λLSU，Px5＝1＝λDPU；步骤4，依据步骤3中得到的CPURE-BN模型，计算不同CFM对CPU整体可靠性的影响程度，依据影响程度获取可靠性关键CFM；具体包括：利用推理算法，计算事件xi的条件失效概率 选取条件失效概率最高的CFM为可靠性关键CFM。

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百度查询： 南京航空航天大学 面向辐射环境的CPU抗SEU效应的可靠性建模与评估方法