Tolerância a falhas baseada em projeto diversitário

Abstract

O aumento da utilização de circuitos eletrônicos em aplicações críticas, juntamente com a redução contínua no tamanho dos dispositivos microeletrônicos, traz a necessidade de projetar sistemas visando a tolerância a falhas. A técnica mais conhecida para esta finalidade é a Redundância Modular Tripla (TMR), que consiste na triplicação de um circuito para que uma cópia seja substituída por outra em caso de falha. Neste trabalho é proposta uma expansão desta técnica, que utiliza o conceito de diversidade para implementar as cópias. Ao invés de construir cópias idênticas de um circuito, cópias com diferentes arquiteturas mas com as mesmas funções foram implementadas a fim de que respondam diferentemente a uma falha. O estudo de caso envolve a construção de três filtros passa-baixas com semelhantes funções de transferências: Um analógico, um digital por software e um digital por hardware. Este sistema foi implementado em um único dispositivo programável de sinal misto e um esquema de injeções de falhas foi feito para comparar a efetividade desta técnica com o TMR tradicional. Os resultados mostram que o sistema possui um bom nível de tolerância a falhas, considerando o modelo de falhas adotado.

The increasing use of electronic circuits in critical applications, along with continuous reduction in the size of microelectronics devices, brings the need to design systems aimed at fault tolerance. The most widely known technique for this purpose is the Triple Modular Redundancy (TMR), which consists in triplicate a circuit so that a copy is replaced by another in case of fault. This work proposes an expansion of this technique, which utilizes the concept of diversity to implement the copies. Instead of building identical copies of a circuit, copies with different architectures but with the same functions were implemented in order to respond differently to a fault. The case study involves the construction of three low-pass filters with similar transfer functions: An analog, a digital by software and a digital by hardware. This system was implemented on a single programmable mixed-signal device and a fault injection scheme was made to compare the effectiveness of this technique with the traditional TMR. Results show that the system has a good level of fault tolerance, considering the fault model adopted.