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针对SAR成像核心算法可配置软加固技术研究

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 本文主要工作

1.3 论文结构

第二章 相关技术背景

2.1 数据局部性访问

2.2 矩阵的转置运算

2.3 多核处理器运算

2.4 FFT运算的SIMD优化

2.5 本章小结

第三章 基于整型数据加权的容错算法

3.1 FFT及IFFT算法

3.2 FFT中间过程分析

3.3 WCFT算法设计思路

3.4算法性能分析

3.5 本章小结

第四章 RDA算法ABFT和CBFT设计

4.1 WCFT设计实现

4.2 RDA程序运算ABFT设计

4.3并行算法错误检测

4.4 CBFT加固算法

4.5 本章小结

第五章 加固实验与分析

5.1 WCFT的程序加固

5.2 RDA的程序加固

5.3 加固级别

5.4 本章小结

第六章 结束语

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

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摘要

硬件容错加固技术，具有能耗、面积及复杂性线路等方面的开销，因此对于星载应用，硬件容错代价高昂。软件容错技术应运而生，其良好的灵活性、可配置性及较高的错误覆盖率，很好满足了星载软件的发展需要。软件容错由于无需修改硬件，而被用于可靠性加固。
　　随着软件容错技术地不断发展，出现了大量性能良好的容错算法——无论在控制流或数据流方面，都形成了许多思路方法巧妙且检错能力强的算法。然而，算法也产生了运算开销与加固强度的折衷选择问题。因此，针对特定算法特点ABFT(Algorithm Based Fault Tolerance)，且作可配置软件加固CBFT(Configurable Based Fault Tolerance)技术，受到了特别青睐。
　　本文在借鉴软加固经典算法的同时，针对 RDA算法特点，提出了一种针对运算特征、简单而又满足运算性能需求的多层次软加固技术。对此，我们作了几个方面的讨论：
　　1.针对 RDA成像核心部件——FFT运算，文章提出基于数据加权且校验和的容错算法WCFT。文章并分析了算法的错误检测能力、性能开销，算法设计的特点及优点。
　　2.文章提出针对RDA程序特点的ABFT算法，整合校验和方法及WCFT算法的特点，给出一种有效的错误检测恢复机制。针对运算精度要求，权衡性能开销，提出双精度运算及三角函数置表方法；针对FFT中错误高发部分——倒序运算，提出倒序置表方法；提出针对算法增量运算的错误检测方法，及针对全局变量的冗余检测方法。
　　3.针对多处理器条件下的并行运算，文章分析了冗余多线程执行问题及内存访问竞争问题。文章并对增量因子错误问题作了分析，针对这些问题提出相关技术改进方法。
　　4.采用同时输入多行/列数据的FFT运算——SIMD（Single Intruction Multiple Data）[53]设计，使性能得到近一倍提升，并基于此提出针对性的错误检测恢复机制。同时该方法，节省了四次矩阵转置操作，减少了内存数据迁移及数据校验开销。
　　5.根据不同的应用需求级别，提出针对 SAR程序的CBFT算法：作了两种级别的加固。文章并使用冗余算法作了错误检测恢复实现。

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