Fault injection for the evaluation of critical systems

Abstract

Atualmente, os sistemas críticos estão cada vez mais presentes no nosso dia-a-dia, fazendo aumentar a necessidade de os assegurar cada vez mais e reduzindo o risco de acidente ou falha. A industria espacial e automóvel são exemplos de indústrias que usam esses sistemas e que necessitam de os ver assegurados. Consequentemente, têm de ser tomadas medidas para garantir a segurança de um sistema ao nível de software e hardware. A injeção de falhas é uma das respostas a esse problema, fazendo uso das suas diferentes técnicas para poder avaliar e validar sistemas críticos. A injeção de falhas pode ser considerada uma técnica de teste ao software, onde as falhas podem ser injetadas ao nível do software ou hardware e cujos resultados podem ser monitorizados de forma a avaliar como é que o sistema reagiu a tais falhas. Scan-Chain Implemented Fault Injection é a técnica de injeção de falhas que proporciona uma maior acessibilidade, observabilidade e controlabilidade. Com esta técnica, os níveis de hardware e de integração de sistemas podem ser validados. O csXception® é um ambiente de injeção de falhas automatizado desenvolvido pela Critical Software S.A para avaliar e validar sistemas críticos. A sua arquitetura é dinâmica e baseada em plug-ins de injeção de falhas. Devido à crescente presença dos microcontroladores ARM® Cortex-M3 na industria automóvel, surgiu a necessidade de criar um novo plug-in de injeção de falhas para o csXception®. Assim, o objectivo principal desta dissertação de mestrado é o desenvolvimento de um novo plug-in de injeção de falhas para o csXception®, que permita injetar falhas em microcontroladores ARM® Cortex-M3, contextualizar o novo plug-in com a norma ISO-26262 e utilizar um caso de estudo para mostrar alguns dos resultados obtidos.

Nowadays, critical systems are much more present in our daily life, increasing the need to ensure that these systems are becoming safer and thus reducing the risk of accident or failure. The space and automotive industry are examples of industries who use these systems and need to see them insured. Therefore, actions need to be taken to guarantee the safety of a system, both at software and hardware levels. Fault injection is one of the answers to that specific problem, making use of its different techniques in order to respond to the critical system validation and evaluation. Fault injection can be considered as a testing technique, where faults are injected in the hardware or software levels and whose results are monitored in order to evaluate how the system handles such faults. Scan-Chain Implemented Fault Injection is a fault injection technique that provides more reachability, observability and controllability. With this technique, the hardware-level and system-integration validation can be guaranteed. csXception® is an automated fault injection environment that validates and evaluates critical systems. Developed by Critical Software, S.A., the csXception®'s architecture is dynamic and based on fault injection plug-ins. With the increasing presence of Cortex-M3 microcontrollers on the automotive industry, a new plug-in for csXception® needs to be developed. Thus, the main goal of this master dissertation is the development of a new fault injection plug-in for csXception® that allows the user to inject faults into ARM® Cortex-M3 microcontrollers, to contextualize the new plug-in with the ISO-26262 safety standards and to use a case study to show some of the obtained results.