Methodology to accelerate diagnostic coverage assessment: MADC

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016.Os veículos da atualidade vêm integrando um número crescente de eletrônica embarcada, com o objetivo de permitir uma experiência mais segura aos motoristas. Logo, a garantia da segurança física é um requisito que precisa ser observada por completo durante o processo de desenvolvimento. O padrão ISO 26262 provê medidas para garantir que esses requisitos não sejam negligenciados. Injeção de falhas é fortemente recomendada quando da verificação do funcionamento dos mecanismos de segurança implementados, assim como sua capacidade de cobertura associada ao diagnóstico de falhas existentes. A análise exaustiva não é obrigatória, mas evidências de que o máximo esforço foi feito para acurar a cobertura de diagnóstico precisam ser apresentadas, principalmente durante a avalição dos níveis de segurança associados a arquitetura implementada em hardware. Estes níveis dão suporte às alegações de que o projeto obedece às métricas de segurança da integridade física exigida em aplicações automotivas. Os níveis de integridade variam de A à D, sendo este último o mais rigoroso. Essa Tese explora o estado-da-arte em soluções de verificação, e tem por objetivo construir uma metodologia que permita acelerar a verificação da cobertura de diagnóstico alcançado. Diferentemente de outras técnicas voltadas à aceleração de injeção de falhas, a metodologia proposta utiliza uma plataforma de hardware dedicada à verificação, com o intuito de maximizar o desempenho relativo a simulação de falhas. Muitos aspectos relativos a ISO 26262 são observados de forma que a presente contribuição possa ser apreciada no segmento automotivo. Por fim, uma arquitetura OpenRISC é utilizada para confirmar os resultados alcançados com essa solução proposta pertencente ao estado-da-arte.Abstract : Modern vehicles are integrating a growing number of electronics to provide a safer experience for the driver. Therefore, safety is a non-negotiable requirement that must be considered through the vehicle development process. The ISO 26262 standard provides guidance to ensure that such requirements are implemented. Fault injection is highly recommended for the functional verification of safety mechanisms or to evaluate their diagnostic coverage capability. An exhaustive analysis is not required, but evidence of best effort through the diagnostic coverage assessment needs to be provided when performing quantitative evaluation of hardware architectural metrics. These metrics support that the automotive safety integrity level ? ranging from A (lowest) to D (strictest) levels ? was obeyed. This thesis explores the most advanced verification solutions in order to build a methodology to accelerate the diagnostic coverage assessment. Different from similar techniques for fault injection acceleration, the proposed methodology does not require any modification of the design model to enable acceleration. Many functional safety requisites in the ISO 26262 are considered thus allowing the contribution presented to be a suitable solution for the automotive segment. An OpenRISC architecture is used to confirm the results achieved by this state-of-the-art solution

Plaeser - plataforma de emulação de soft errors visando a análise experimental de técnicas de tolerância a falhas: uma prototipação rápida utilizando FPGAs

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaO constante avanço na fabricação de circuitos integrados com a miniaturização da tecnologia, o aumento da frequência de operação e a diminuição da tensão de alimentação fazem deles cada vez mais sensíveis à radiação. A preocupação com a sensibilidade de circuitos integrados não é mais restrita a projetos de aplicações espaciais onde o ambiente é mais hostil quanto à radiação. Circuitos fabricados com tecnologias em escala nanométrica são potencialmente sensíveis a partículas que se encontram na atmosfera terrestre e até no nível do mar. A importância da tolerância a falhas em semicondutores existe desde quando anomalias foram observadas no comportamento de dispositivos operando no espaço. A larga presença de circuitos integrados em diversas áreas do nosso cotidiano faz com que técnicas de tolerância a falhas ganhem importância também para aplicações terrestres. Desse modo, formas eficientes de avaliação dessas técnicas de tolerância a falhas são essenciais para lidar com essa demanda. É importante que essa avaliação possa ser realizada em etapas iniciais do projeto de circuitos integrados tolerantes à radiação de forma a reduzir o custo com locação de instalações que utilizam equipamentos de radiação induzida para verificação. Nesse contexto, o trabalho de dissertação apresenta um estudo sobre diferentes técnicas de injeção de falhas. Além do estudo, foi desenvolvida uma plataforma de emulação de soft errors (PLAESER) visando a análise experimental de técnicas de tolerância a falhas. A plataforma PLAESER provê suporte ao fluxo proposto para avaliação de técnicas de tolerância a falhas em fase inicial do projeto de circuitos robustos através da prototipação rápida em FPGAs. Os resultados obtidos com os casos de teste utilizados procuram mostrar o emprego do fluxo proposto para análise de técnicas de tolerância a falhas.The continuous improvements in the integrated circuits manufacture process considering the miniaturization of technology, increase of clock frequencies and limitation of power supply, make them more susceptible to radiation. The concern with circuit sensitivity is no longer restricted to space applications, in harsh environment. Integrated circuits manufactured with nanometric technologies are potentially sensitive to particles present in the atmosphere and also at the sea level. Fault tolerance strategies applied to semiconductors have been around since upsets were first experienced in space applications. The large usage of integrated circuits in several areas of everyday life makes fault tolerance techniques important also for terrestrial applications. Therefore, efficient hardness evaluation solutions are essential to deal with this demand. Such evaluation is important and should be performed earlier in hardened integrated circuit designs in order to reduce costs with rental of radiation facilities. In this context, this work presents a evaluation of different fault injection techniques. Moreover, a soft error emulation platform (PLAESER) has been developed in order to analyze fault tolerance techniques experimentally. PLEASER gives support to the flow proposed to evaluate fault tolerance techniques earlier in hardened circuit designs through rapid prototyping. The results obtained with the selected test cases show the employment of the proposed flow to analyze fault tolerance techniques

A Methodology for Accelerating FPGA Fault Injection Campaign Using ICAP

The increasing complexity of System-on-Chip (SoC) and the ongoing technology miniaturization on Integrated Circuit (IC) manufacturing processes makes modern SoCs more susceptible to Single-Event Effects (SEE) caused by radiation, even at sea level. To provide realistic estimates at a low cost, efficient analysis techniques capable of replicating SEEs are required. Among these methods, fault injection through emulation using Field-Programmable Gate Array (FPGA) enables campaigns to be run on a Circuit Under Test (CUT). This paper investigates the use of an FPGA architecture to speed up the execution of fault campaigns. As a result, a new methodology for mapping the CUT occupation on the FPGA is proposed, significantly reducing the total number of faults to be injected. In addition, a fault injection technique/flow is proposed to demonstrate the benefits of cutting-edge approaches. The presented technique emulates Single-Event Transient (SET) in all combinatorial elements of the CUT using the Internal Configuration Access Port (ICAP) of Xilinx FPGAs.N/

Enabling ISO 26262 Compliance with Accelerated Diagnostic Coverage Assessment

Modern vehicles are integrating a growing number of electronics to provide a safer experience for the driver. Therefore, safety is a non-negotiable requirement that must be considered through the vehicle development process. The ISO 26262 standard provides guidance to ensure that such requirements are implemented. Fault injection is highly recommended for the functional verification of safety mechanisms or to evaluate their diagnostic coverage capability. An exhaustive analysis is not required, but evidence of best effort through the diagnostic coverage assessment needs to be provided when performing quantitative evaluation of hardware architectural metrics. These metrics support that the automotive safety integrity level—ranging from A (lowest) to D (strictest) levels—was obeyed. In this context, this paper proposed a verification solution in order to build an approach that can accelerate the diagnostic coverage assessment via fault injection in the semiconductor level (i.e., hardware description language). The proposed solution does not require any modification of the design model to enable acceleration. Small parts of the OpenRISC architecture (namely a carry adder, the Tick Timer peripheral, and the exception block) were used to illustrate the methodology

DfT for the Reuse of Networks-on-Chip as Test Access Mechanism

This paper presents new DfT modules required to use networks-on-chip as test access mechanism. We demonstrate that the proposed DfT modules can be also implemented on top of low cost networks-on-chip, i.e. networks without complex services. The DfT modules, which consist of test wrappers and test pin interfaces, are designed such that both the tester and CUTs transport test data unaware of the network. We analyse the DfT modules in terms of silicon area and test time, considering different network and test configurations.