Development of a Fault Injection System to Test a Weather Station Based on Rapid Prototyping Platform

Abstract

Fault injection has been an important mechanism to test the dependability properties of a system. Through this mechanism, it is possible to analyze the behavior of a computer program in case of anomalies and to obtain useful statistics to measure the effectiveness of techniques for fault tolerance. In areas such as telecommunications, aviation and finance, the use of fault tolerance is a common practice, although, in the development of simple embedded systems it usually does not occur. Due to this reason, there is a need to create tools for noninvasive tests that allow simulating faults without dramatically increasing the system complexity. This article presents some of the techniques often used to impose fault tolerance and describes a system developed for fault injection, which operates by inserting faults in certain memory regions to change the data and to cause crashes in a rapid prototyping platform for microcontrollers. At the end of this article the results are presented.

Técnicas de Tolerância a Falhas em uma Plataforma para Prototipagem Rápida Usando Microcontroladores

“…Consiste em replicar os dados do programa em diferentes locais ou adicionar dados para permitir a correção ou apenas a detecção de erros. Nos sistemas embarcados por exemplo, os dados de um programa podem ser gravados em diferentes locais, como memória SRAM, arquivo em disco (flash) ou qualquer outro dispositivo de armazenamento [Kruger and Iaione 2013].…”

“…Com base no firmware original da estação meteorológica, um outro foi desenvolvido empregando tolerância a falhas por meio da redundância de dados e de processamento, as duas técnicas mais viáveis em sistemas embarcados de baixo custo. Para testar o desempenho das técnicas de tolerância utilizadas, foi desenvolvido um sistema para injeção de falhas e monitoramento da estação meteorológica, detalhadamente descrito em [Kruger and Iaione 2013]. Esse sistemaé composto por três partes: a biblioteca de injeção de falhas, o firmware monitor e o programa monitor de testes.…”

“…6.2. Injeção de falhas na memória SRAMEste conjunto de testes utilizou a biblioteca FaultInjection[Kruger and Iaione 2013] para alterar dados nas regiões de memória simulando fenômenos ambientais aleatórios sobre o equipamento. Na Seção 6.2.1 mostra-se os resultados quando as falhas foram injetadas somente na região de memória SRAM destinada ao firmware, e na Seção 6.2.2, quando as falhas foram injetadas na SRAM destinada ao firmware e também na SRAM destinada aos controladores internos do microcontrolador.6.2.1.…”