Técnica de detecção de falhas de escalonamento de tarefas em sistemas embarcados baseados em sistemas operacionais de tempo real

Abstract

A alta complexidade dos sistemas de tempo real aumentou significativamente a necessidade da utilização de Sistemas Operacionais de Tempo Real (RTOS - Real Time Operating System) com o objetivo de simplificar o projeto dos mesmos. Neste contexto, sistemas embarcados baseados em RTOS exploram uma série de funcionalidades e facilidades inerentes ao mesmo, tais como o gerenciamento de tarefas, a concorrência, o acesso à memória e as interrupções. Assim, o RTOS funciona com uma interface entre o software e o hardware. Porém, sistemas de tempo real são frequentemente afetados por falhas transientes oriundas de diferentes fontes, tal como a interferência eletromagnética (EMI - Eletromagnetic Interference), que pode gerar falhas capazes de degradar seu comportamento, afetando tanto a aplicação em execução quanto o sistema operacional embarcado. Neste contexto, a principal ideia por trás deste trabalho é a implementação de uma Infrastructure Intellectual-Property (I-IP) denominado RTOS-Guardian (RTOS-G), baseada em hardware, capaz de monitorar o fluxo de execução do RTOS com o intuito de detectar falhas que eventualmente alterem a ordem de execução das tarefas que compõem a aplicação. Ao final, experimentos práticos baseados em uma técnica de injeção de falhas por hardware demonstram que, quando comparado com os mecanismos implementados pelo RTOS que visam proteger e monitorar a execução das principais operações de controle funcional e de fluxo do RTOS, o RTOS-G garante uma detecção de falhas mais elevada e uma latência de detecção de falhas bastante inferior.

The high complexity of real-time systems significantly increased the need of Real Time Operating Systems (RTOS) in order to simplify the design of them. In this context, RTOS based systems explore a number of features and facilities inherit in the RTOS, such as task management, competition, the memory access and interrupts. Thus, the RTOS performs like an interface between software and hardware. However, real-time systems are often affected by transient faults from different sources, such as electromagnetic interference (EMI), which may affect system functional behavior by degrading not only the aplications running on the system, but also the RTOS as well. In this context, the main idea behind this work is to implement an I-IP (Infrastructure Intellectual- Property) called RTOS-G, hardware-based, able to monitor the RTOS execution flow to detect faults affecting the sequence by which the processor executes the application tasks and the RTOS kernel as well. Finally, practical experiments are presented and discussed. When compared to RTOS native functions, such experiments demonstrate that the RTOS-G ensures a higher fault detection and a significantly lower fault latency.