一种软硬件结合的控制流检测与恢复方法

【摘 要】在计算机技术领域，控制流检测技术是为了防止由瞬时故障所造成的程序错误，及时发现计算机语言程序在运行过程中的不良状况，其恢复方法能够将运行错误检测出来并做以纠正。但控制流检测技术在实际执行过程中，也存在检测混淆等失误情况，该技术也经历了多次改良和升级，修正了程序自身的漏洞。本文针对软硬件结合的控制流检测技术展开论述，剖析这种技术在实践过程中的优势所在，以及程序恢复方法的运行机理。

【关键词】软硬件结合 控制流检测方法 恢复方法

前言：控制流检测能够提升计算机微处理器的功能，对于程序运行过程中的容错机能有着直接影响。在传统的控制流检测环节中，应用固有技术进行控制流检测使程序运行的成本加大。基于此，应设计出一种软硬件兼顾的控制流检测模式，并且伴以相应的恢复方法。该模式较以往技术更为自动化，不仅能够通过编译自动嵌入关键数据，而且能够自动执行检测职能，甚至无需繁杂处理，就可以顺利恢复正常的控制流，使程序快速修复。

一、控制流检测方法概述

控制流检测方法可以将计算机程序的错误执行通过有效的手段甄别出来。随着技术水平的不断提升，目前的控制流检测方法是基于计算机软硬件结合的处理方式，以及应用纯软件的控制流检测方法。经实践表明，前者的处理模式更为稳定，并且能够将正确的恢复方法自动执行下去，从而令控制流检测系统更加完备。

二、控制流检测技术的研究状况

最初，控制流检测技术仅使用计算机硬件设备进行维护，即看门狗模块，但该方法的应用领域较为狭窄，不能适用于所有的控制流检测，这就催生了新方法的显现。在之前的一段时期内，控制流检测采用纯软件的技术方法，该方法也能够合理的执行检测，并且能够将监测数据进行现场保存和恢复。又经过该系统的升级，一种软硬结合的控制流检测方法在实践中崭露头角，得到了相关研究人员的一致认可。基于8051体系的结构问世后，较有成效的改善了系统的代码量与性能，改善了程序控制流的检测与执行效率[1]。即便当处理器出现错误后，也能够及时会退到上一现场的保存点，成功完成恢复过程。

三、一种软硬件结合的控制流检测及自动修复错误机理

（一）软硬结合控制检测方法的演化

从上个世纪末开始，根据当时计算机主流处理器的研发水平，科研专家就提出了以硬件为主兼顾软件运行的程序控制流检测方法，该技术一经推出，就通过细致的配置发展成为现实的技术应用模型。随着处理器及相关计算机硬件的升级，软硬结合控制检测方法浮出水面，且比以往的性能更佳。

（二）一种软硬件结合控制流检测的实现过程

首先，当程序运行之初，处理器接到指令后，程序迅速开始执行，在此时，该种软硬件结合的控制流检测技术从被检测电路中得到信号源，且根据信号的指令进行自动的信息数据分析；然后，计算机中心处理器根据第一步骤的处理结果来推算下一步骤的执行地址，从而选择按照控制流检测所分析完成的结果继续执行下去；最后，当经过检测后的信息数据没有执行，则通过处理器分支检测的过程被重新进行检测或自动恢复，直至通过分支检测电路的控制流检测，从而顺利完成该种软硬件结合的控制流检测方法[2]。

（三）软硬件结合控制流检测方法的优势

在传统控制流检测的处理框架中，基于源位置签名的模式通过检测只要能够通过总线就能完成。但随着技术的革新，电路技术的不断完善，很多细节的处理更为精准，计算机芯片内开始采用新型缓存技术，以便于使程序运行更为平稳。软硬件结合的控制流检测技术比硬件为主的并行检测技术更为先进，虽然在模拟设计的过程中也曾出现过诸多问题，但经过系统的改进与磨合，该种方法能够实现控制流检测与恢复，辨认系统存储的空间，改变程序编码的排列顺序[3]。发展至今，高性能微处理器中应用了大量的寄存器文件与数据RAM，如果在执行编码时，仅写入缓冲数据，将会大大提升控制流检测的效率，从而缩减程序恢复的时间，增强系统的整体效能。

（四）系统验证过程中的关键环节与恢复方法

通过对软硬件控制流检测方法的实践操作与分析而知，软硬件结合的控制流检测技术与以硬件为主的检测方法相对，不仅可以降低成本，还可以使系统快速复位，顺利执行正常程序。这依赖于该系统的几个关键环节的有序执行[4]。首先是硬件现场的缓存过程要及时，无论以硬件为主还是以纯软件实现控制流检测过程，处理器的缓存执行一定要及时有效，特别是多次进行错误签名比对时，考验的就是数据处理的执行速度；另外，还要注意检测到错误后的直接复位系统的能效，在以往，这是一个较大的缺陷，然而，软硬件结合的控制流检测系统的出现，直接填补了传统模式的漏洞，在发现程序错误后，能在第一时间恢复为正确控制流状态，这是该方法的又一重要的关键点[5]。

四、结束语

通过对计算机汇编语言程序的细致研究，提出一种软硬件结合的控制流检测技术，它不仅能够避免传统控制流检测过程的缺点，还能够精准的进行实时检测，并且对错误程序进行及时纠正，恢复过程极为迅速、准确。该技术使得传统控制流检测的成本有所降低，使用价值较为突出。软硬件结合的控制流检测方法及智能化恢复模式的研究成果，对于该领域的进一步拓展具有积极的推动作用。

参考文献：

[1]龚锐，陈微，刘芳，戴葵，王志英.FT51：一种容软错误高可靠微控制器[J].计算机学报，2010，11（06）：141-142.

[2]龚锐，陈微，刘芳，戴葵，王志英.一种软硬件结合的控制流检测与恢复方法[J].计算机研究与发展，2010，2（04）：151-153.

[3]吴艳霞，顾国昌，戴葵，刘海波，沈晶.汇编级软硬结合的控制流检测方法[J].计算机研究与发展，2011，10（20）：172-175.

[4]唐柳，黄樟钦，侯义斌，方凤才，张会兵.利用冗余核的MPSoC故障检测方法[J].计算机应用，2014，1（02）：121-124.

[5]吴艳霞，顾国昌，付岩，程立新.并发控制流检测技术综述[J].计算机科学，2010，10（05）：142-144.