Lockstep (tecnologia informatica)

Nel campo della tecnologia informatica , in particolare nel caso di processori e microcontrollori , il termine lockstep descrive un metodo per la tolleranza e il rilevamento degli errori nell'hardware , che si ottiene utilizzando diverse unità identiche o simili come i core della CPU nei processori multi-core . Il nome della procedura deriva dal termine inglese lockstep marching , un passo ravvicinato trovato nei militari e in alcune prigioni . I processori con funzionamento lockstep, come ARM Cortex-R progettato per questo scopo o la serie di processori PowerPC MPC57xx , sono utilizzati principalmente in applicazioni critiche per la sicurezza come i controlli del motore (ECU) dei veicoli e nei controlli del motore autonomo (FADEC) degli aeromobili.

Procedura

Diagramma funzionale semplificato di due core CPU in modalità lockstep con rilevamento degli errori confrontando i risultati

La struttura del processore di Lockstep è simile a quella dei computer paralleli , tuttavia la connessione parallela non serve ad aumentare la potenza di calcolo, ma tutti i core della CPU eseguono lo stesso identico programma o lo stesso algoritmo. Il controllo e la valutazione, confrontando i risultati dei singoli core della CPU, avvengono quindi in fasi individuali, temporali e non interrompibili ( fase inglese ). La ridondanza ottenuta in questo modo consente di rilevare e risolvere i guasti hardware in uno dei core del processore, come nel caso di un dual core in funzionamento lockstep, o gli errori non solo da riconoscere attraverso decisioni a maggioranza, ma anche in una certa misura corretti, come questo è il caso dei processori triple core in caso di un singolo guasto.

Per poter rilevare in modo affidabile i guasti che interessano tutti i core del processore operati in parallelo, questo caso viene definito un cosiddetto guasto con una causa comune , i singoli processori vengono azionati con pochi cicli di clock . Di conseguenza, la causa comune del guasto ha effetto in diversi stati dei singoli nuclei e può quindi essere identificata come una deviazione nel successivo confronto dei risultati.

Con questo metodo, il rilevamento degli errori è limitato al rilevamento e, se necessario, alla correzione dei guasti relativi all'hardware nel componente elettronico, ai singoli eventi sconvolgenti (SEU) o agli effetti di latch-up in uno dei core della CPU o nell'area dell'alimentatore separato . Errori sistematici nel codice del programma o errori di sviluppo nell'algoritmo non possono essere riconosciuti o compensati con Lockstep.

letteratura

• Hans-Leo Ross: Sicurezza funzionale per veicoli stradali: nuove sfide e soluzioni per la mobilità elettrica e la guida automatizzata . Springer, 2016, ISBN 978-3-319-33360-1 . 
• A. Avizienis, H. Kopetz , JC Laprie: The Evolution of Fault-Tolerant Computing . Springer Science & Business Media, 2012, ISBN 978-3-7091-8871-2 . 

Prove individuali