基于动态异构冗余架构的微控制器设计与实现

欧阳玲; 宋克; 兰巨龙

doi:10.12263/DZXB.20221292

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基于动态异构冗余架构的微控制器设计与实现

更新时间：2024-03-02

- 基于动态异构冗余架构的微控制器设计与实现
- Design and Implementation of Microcontroller Based on Dynamic Heterogeneous Redundancy Architecture
- 电子学报 2024年页码：1-11
- 作者机构：
  
  1.战略支援部队信息工程大学信息技术研究所，河南郑州 450002
  2.中原工学院电子信息学院，河南郑州 451191
- 作者简介：
  
  [ "欧阳玲女，1978年出生，安徽池州人．信息工程大学在读博士生、中原工学院副教授．主要研究方向为自动控制理论、工业控制系统与安全． E-mail: 3937@zut.edu.cn" ]
  [ "宋克男，1976年出生，河南许昌人．信息工程大学副研究员、博士生．主要研究方向为网络空间安全、集成电路设计技术． E-mail: skoyl@163.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(61572520)
- DOI：10.12263/DZXB.20221292
  中图分类号： TN47;TP368
- 收稿：2022-11-09，
  
  修回：2023-02-10，
  
  网络出版：2024-03-01，
- 稿件说明：
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欧阳玲，宋克，兰巨龙. 基于动态异构冗余架构的微控制器设计与实现［J］. 电子学报，XXXX，XX（XX）：1-11. DOI：10.12263/DZXB.20221292

OUYANG Ling, SONG Ke, LAN Ju-long. Design and Implementation of Microcontroller Based on Dynamic Heterogeneous Redundancy Architecture[J]. Acta Electronica Sinica, XXXX, XX(XX): 1-11.
欧阳玲，宋克，兰巨龙. 基于动态异构冗余架构的微控制器设计与实现［J］. 电子学报，XXXX，XX（XX）：1-11. DOI：10.12263/DZXB.20221292 DOI：

OUYANG Ling, SONG Ke, LAN Ju-long. Design and Implementation of Microcontroller Based on Dynamic Heterogeneous Redundancy Architecture[J]. Acta Electronica Sinica, XXXX, XX(XX): 1-11. DOI：10.12263/DZXB.20221292

摘要

针对物联网环境下微控制器面临的功能安全与信息安全的“两安融合”问题，提出了一种动态异构冗余微控制器架构．该架构设计了一种软硬件协同的调度裁决器，将策略分发、策略裁决和策略调度一体化实现，兼顾调度裁决器自身的安全性及高效性要求；设计了一种基于分布式共识的异构执行体同步算法，解决多个异构微控制器运行状态同步和数据一致性问题；设计实现了适用于动态异构冗余微控制器的原型系统及测试平台，证明所提架构在保证功能正常、延迟提高约1%的情况下，白盒插桩测试下的抗攻击能力提升了2个数量级以上．

Abstract

In this paper

we propose a dynamic heterogeneous redundant microcontroller architecture to address the convergence problem of functional safety and information security faced by microcontrollers in the IoT environment. In this architecture

we design a hardware-software co-design scheduling adjudicator

which integrates policy distribution

policy adjudication

and policy scheduling

considering the security and efficiency requirements of the scheduling adjudicator. we design a distributed consensus-based synchronization algorithm for heterogeneous executors to solve the problems of the operation state synchronization and data consistency among multiple heterogeneous microcontroller cores. Also

we design and implement a prototype system and a testing platform that are applicable to dynamic and heterogeneous redundant microcontrollers. It is proved that under the condition that the function of the proposed architecture is normal and the delay is increased by about 1%

the anti-attack ability under the white box pile insertion test is improved by more than 2 orders of magnitude.

关键词

Keywords

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