基于可編程邏輯的硬件平臺的設(shè)計與形式化驗證.pdf

1、安全硬件平臺通過先進的計算機、電子技術(shù)來現(xiàn)實。隨著計算機、電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，系統(tǒng)性能大大提高，結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜。安全硬件平臺作為安全苛求系統(tǒng)的重要部分，其安全性是至關(guān)重要的。在設(shè)計階段就應(yīng)充分考慮安全性，以免由于潛在的設(shè)計缺陷導(dǎo)致整個系統(tǒng)存在安全隱患。由于系統(tǒng)逐漸向規(guī)模大、性能強、復(fù)雜性高的方向發(fā)展，單純利用仿真、測試等方法無法對系統(tǒng)進行無窮驗證，因此在硬件平臺設(shè)計階段，利用形式化方法對硬件平臺設(shè)計的正確性和完備性進行驗證。

2、 論文以基于通信的列車控制（Communication-based Train Control，CBTC）系統(tǒng)為應(yīng)用背景，詳細(xì)分析了安全硬件平臺需求。通過對比各種平臺結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，選取了二乘二取二結(jié)構(gòu)為本文設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)。在分析各種安全計算機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合CBTC系統(tǒng)對安全硬件平臺的功能需求，提出一種新的二取二系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。 論文設(shè)計的安全硬件平臺是以安全性、通用性為重點。論文詳細(xì)介紹了保證安全性、通用性和調(diào)度策略的具體功

3、能實現(xiàn)方法。以微同步和硬件數(shù)據(jù)比較方式來保證平臺的安全性；以處理器的約束、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的確定和接口格式的固定來保證了平臺的通用性。 安全硬件平臺中的重要單元是安全比較核。安全比較核基于可編程邏輯設(shè)計與實現(xiàn)。使用可編程邏輯不僅可以縮減電路的體積，提高電路的穩(wěn)定性，而且先進的開發(fā)工具使整個系統(tǒng)的設(shè)計調(diào)試周期大大縮短。在實現(xiàn)過程中，將安全比較核劃分為不同的功能子模塊，對每個子模塊進行設(shè)計與實現(xiàn)，并且對仿真結(jié)果進行分析，保證其設(shè)計基本正確

4、。 仿真驗證只能保證比較核的仿真結(jié)果正確，但對于復(fù)雜系統(tǒng)，無窮盡的仿真是不現(xiàn)實的。為了避免存在潛在的設(shè)計錯誤，論文利用基于斷言的方法（Property Specification Language，PSL）對安全比較核進行形式化驗證，對其內(nèi)部設(shè)計的正確性和完整性進行檢驗。當(dāng)斷言失敗，發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤時，對檢驗出的設(shè)計錯誤進行分析、修改。再進行新的驗證，直到形式化驗證證明其設(shè)計沒有潛在的設(shè)計缺陷為止。 論文結(jié)果表明，對于基于可