浅谈嵌入式系统的可靠性与安全性设计

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嵌入式系统中的系统可靠性设计与优化

嵌入式系统中的系统可靠性设计与优化

嵌入式系统中的系统可靠性设计与优化一、引言嵌入式系统是一类特殊的计算机系统,它被嵌入到其他设备或系统中,用于控制和管理硬件设备。

这些嵌入式系统一般具有时间限制和资源限制,要求在特定的时间内完成特定的任务。

因此,系统可靠性对于嵌入式系统的设计和优化至关重要。

本文将从硬件可靠性和软件可靠性两个方面进行阐述。

二、硬件可靠性设计与优化(一)硬件故障分析硬件故障是指由于电气故障、物理损坏或设计缺陷导致的系统不能正常工作的问题。

在嵌入式系统中,由于电压波动、电磁干扰、温度变化等因素的影响,硬件故障的概率相对较高。

因此,必须通过硬件故障分析来识别和解决这些问题。

(二)故障容忍技术故障容忍技术是指通过设计和实现特定的硬件机制,使嵌入式系统在部分硬件故障的情况下仍能正常工作,从而提高系统的可靠性。

例如,通过冗余设计、错误检测和纠正码等技术,可以实现故障容忍功能。

(三)热管理温度是影响嵌入式系统可靠性的一个重要因素。

过高的温度会导致硬件元件的老化和失效,从而降低系统的可靠性。

因此,必须通过热管理来确保嵌入式系统在正常的工作温度范围内运行。

热管理可以通过散热器、风扇、热管等方式来实现,有效降低系统温度。

三、软件可靠性设计与优化(一)软件错误分析软件错误是指程序运行过程中产生的错误,导致系统无法按照预期工作。

嵌入式系统中,由于资源有限和时间要求严格,软件错误的后果往往更加严重。

因此,需要通过软件错误分析来识别和解决问题。

(二)软件测试软件测试是软件开发过程中的关键环节,用于发现和纠正存在的错误和缺陷。

对于嵌入式系统来说,软件测试尤为重要,因为任何一个错误都有可能导致系统的崩溃或功能不正常。

因此,必须进行全面而严格的软件测试,包括单元测试、集成测试和系统测试等。

(三)错误处理和恢复在嵌入式系统中,由于资源限制和时间要求,错误处理和恢复机制必不可少。

当出现错误时,嵌入式系统应该能够及时识别和捕获错误,并采取相应的措施进行处理和恢复。

嵌入式系统安全性分析与设计

嵌入式系统安全性分析与设计

嵌入式系统安全性分析与设计随着智能化时代的到来,嵌入式系统的应用范围越来越广泛。

从智能家居,到智能交通,再到智能工厂,嵌入式系统在各个领域都起到了关键性作用。

然而,随着嵌入式系统应用范围的增加,也带来了安全性问题。

嵌入式系统安全性分析与设计成为了重要的关注点。

一、嵌入式系统安全性分析要进行嵌入式系统的安全性分析,首先需要了解嵌入式系统的应用场景。

嵌入式系统一般用于实时嵌入到其他系统中,完成特定的任务。

不同的场景下,对于嵌入式系统的安全性要求也不同。

例如,在可穿戴设备中,对于嵌入式系统的隐私和安全性要求非常高;而在智能家居中,相比于可穿戴设备,安全性要求稍低一些。

因此,首先需要对嵌入式系统的安全性需求进行评估。

基于评估结果,对嵌入式系统进行风险分析。

风险分析可以通过以下步骤进行:1.識別潛在的威脅对于嵌入式系统而言,威脅较为常见的有:未授权访问、信息泄露、拒绝服务攻击、数据篡改等。

因此,在风险分析时需要识别这些潜在的威脅。

2.评估潜在威脅对嵌入式系统的影响潜在威脅的影响因嵌入式系统应用场景而异。

例如,对于智能家居而言,数据泄露等威脅的影响比较低;而对于智能工厂中的机器人等嵌入式设备,信息泄露等威脅的影响则非常大。

因此,需要评估潜在威脅对嵌入式系统的影响程度。

3.评估风险的概率风险的概率取决于威脅的来源、攻击者技能水平等。

需要进行评估,从而确定风险的概率。

4.制定应对措施基于风险评估结果,制定应对措施。

例如,在嵌入式系统的开发过程中,加入安全措施可以减少风险概率;加强嵌入式系统的更新和升级,对已知漏洞进行修补;增强系统日志记录和数据备份等措施,可以减轻威脅的影响程度。

二、嵌入式系统的安全性设计要设计一个安全的嵌入式系统,需要从以下几个方面切入:1.选择可靠的硬件平台嵌入式系统的硬件平台对于安全性起到了关键作用。

因此,需要选择可靠的硬件平台。

例如,可以选择具有防护措施的ARM Cortex-A处理器核心;选择具有安全加速模块的芯片,以提升系统加密和解密的速度等。

嵌入式系统的可靠性工程

嵌入式系统的可靠性工程

嵌入式系统的可靠性工程嵌入式系统是指在其他机械或电子设备中嵌入的计算机系统,它们被广泛应用于航空航天、汽车、医疗设备、通信设备等领域。

由于嵌入式系统的特殊性和复杂性,其可靠性工程显得尤为重要。

本文将就嵌入式系统的可靠性工程进行探讨,重点关注可靠性需求分析、设计技术和测试方法。

一、可靠性需求分析在嵌入式系统的开发过程中,需求分析是一个至关重要的环节。

可靠性需求分析是决定系统能否达到用户期望水平的关键因素。

在进行可靠性需求分析时,首先需要明确系统的功能需求和性能需求。

然后,基于实际应用场景和用户需求,确定系统的可靠性要求,如系统的故障率、可用性等指标。

同时,还需要考虑灵活性和可维护性等方面的要求,以确保系统在长期使用过程中不会出现过多的故障和维修需求。

二、设计技术1. 可靠性设计原则可靠性设计需要遵循一些基本原则。

首先,要尽量减少系统中的冗余和复杂性,简化系统结构,降低故障率。

其次,要采用可靠性高的元器件和设备,提高系统的整体可靠性。

此外,还需要进行系统级的故障预测和容错设计,以及合理的电磁兼容性和抗干扰设计,以减少系统在复杂环境下的故障率。

2. 异常处理和恢复机制在嵌入式系统中,出现异常情况是不可避免的。

为了提高系统的可靠性,需要设计合理的异常处理和恢复机制。

当系统检测到异常时,应能够及时采取相应的措施,如自动重启、自动切换、故障检测和排查等,以确保系统能够尽快恢复正常工作。

三、测试方法1. 单元测试单元测试是嵌入式系统开发过程中不可或缺的一环。

通过对系统各个模块进行独立测试,可以验证各个模块的正确性和稳定性。

在单元测试中,可以采用黑盒测试和白盒测试相结合的方法,覆盖到各种可能的输入和边界情况,以尽可能发现潜在的问题。

2. 集成测试集成测试是在单元测试完成后,将各个模块组合在一起进行整体测试。

通过模拟实际应用场景,验证系统各个模块之间的协同工作和接口的正确性。

集成测试需要充分考虑各个模块的交互和通信,以及异常情况下的处理能力。

浅谈嵌入式系统的可靠性与安全性设计

浅谈嵌入式系统的可靠性与安全性设计

浅谈嵌入式系统的可靠性与安全性设计1 可靠性与安全性设计的两次重大变革20世纪初,人类进入到电子时代,随着时代的变迁,电子系统出现了两次巨大的变革,即从传统电子到智能电子与从智能电子到网络电子的变革。

前者是微控制器(MCU)诞生后,嵌入式系统带来的变革,后者是物联网时代智能电子系统普遍入网后带来的变革。

传统电子时代,只有可靠性概念,没有安全性概念;智能电子时代,诞生了安全性包容设计;网络电子时代,电子系统的安全性设计提升到空前高度。

传统电子时代,没有安全性设计概念,可靠性与安全性是统一的。

因为,这一时期的电子系统只有正常与失效两种状态。

正常即可靠,可安全使用;失效即无法工作,也无安全可言。

智能电子时代,由于有MCU 的介入,众多功能可由软件实现。

软件介入后对系统的可靠性设计有两个重大影响:一个是软件介入后系统不可避免地出现失误,出现了正常、失效之间出错概率的多值可靠性;另一个是软件可主动实现系统的可靠性管理。

前者引发了多值可靠性设计概念,后者帯来了可靠性控制的设计内容。

这时的智能电子系统,借助于集成电路的不断进化、人工智能的可靠性控制与封闭的体系结构,无论是可靠性还是安全性都到达了空前高度。

网络电子时代,由于智能电子系统普遍具有网络接入功能,智能电子系统对外部开放的后果是,所有网络安全问题都会带入到智能电子系统中。

病毒入侵、恶意攻击等网络犯罪成为网络电子系统的不安全因素,安全性设计提升到空前高度。

防入侵、防攻击成为网络电子系统安全性设计中不可或缺的重要内容。

下面以汽车电子为例,来描述电子系统可靠性、安全性设计的变革。

老爷车时代,是传统电子时代,无论是仪表系统,还是发动机点火系统都只能由分立电子元件组成,其中任何一个元器件失效都会导致汽车瘫痪。

电子工程师通过精心挑选每个元器件、可靠的电路设计与精心工艺制作,来保证系统的可靠性与安全性。

现代汽车时代是智能电子时代,在汽车电子中,高可靠的集成电路、分布式总线技术、实时多任务操作系统、软件的可靠性管理、重要组件的冗余技术等,保证了汽车电子系统高可靠地运行;还可以通过汽车运行中的各种工况监测(如发动机运行工况监测、车胎压力监测等),确保汽车的安全运行。

嵌入式系统安全性分析与设计综述

嵌入式系统安全性分析与设计综述

嵌入式系统安全性分析与设计综述嵌入式系统是指集成在其他设备或系统中的计算机系统,它们以实时、实现特定功能和资源限制为特点。

随着嵌入式系统的广泛应用,安全性问题变得越来越重要。

本文将综述嵌入式系统安全性分析与设计的相关问题,探讨当前面临的挑战和未来的发展趋势。

1. 嵌入式系统安全性分析嵌入式系统安全性分析是评估系统的漏洞、威胁和安全风险,是确保系统完整性和可用性的重要步骤。

安全性分析主要包括以下几个方面:1.1 漏洞分析:对嵌入式系统进行全面的漏洞扫描和漏洞测试,发现系统的弱点和潜在漏洞。

常见的漏洞包括缓冲区溢出、注入攻击和拒绝服务攻击等。

1.2 威胁建模:识别和分析可能的威胁和攻击者,评估攻击的可能性和影响。

通过建立威胁模型,可以更好地了解系统中存在的威胁和潜在风险。

1.3 风险评估:对嵌入式系统进行风险评估,评估安全风险的严重性和影响范围,为安全决策提供依据。

风险评估的结果可以帮助制定有效的安全策略和措施。

2. 嵌入式系统安全性设计嵌入式系统安全性设计是在系统设计和开发过程中考虑安全性问题,采取相应的安全策略和措施,以确保系统的安全性和可靠性。

安全性设计主要包括以下几个方面:2.1 安全需求分析:在系统设计的早期阶段,就要明确系统的安全需求,根据系统的特点和用途制定相应的安全策略。

安全需求分析是确保系统满足安全性要求的基础。

2.2 安全架构设计:通过设计安全架构,将系统划分为不同的层次和模块,并为每个层次和模块分配相应的安全性措施。

安全架构设计可以帮助识别和阻止潜在攻击并减少系统的损害。

2.3 安全测试和验证:对嵌入式系统进行全面的安全测试和验证,包括功能测试、性能测试和安全性测试等。

测试和验证可以帮助发现系统中存在的安全问题,并改进系统的安全性。

3. 当前挑战和未来发展趋势嵌入式系统安全性面临着一些挑战和问题,需要不断改进和提高。

3.1 复杂性挑战:现代嵌入式系统变得越来越复杂,涉及的软硬件组件众多,各个组件之间相互依赖。

嵌入式系统的可靠性设计与实现研究

嵌入式系统的可靠性设计与实现研究

嵌入式系统的可靠性设计与实现研究嵌入式系统是一种关键系统,需要高度可靠性来保障其稳定运行。

因此,在系统设计与实现的过程中,可靠性考虑是非常重要的。

本文从嵌入式系统的特点入手,探讨了可靠性设计与实现的几个关键点。

一、嵌入式系统的特点嵌入式系统通常有以下特点:资源限制、实时性要求、功耗限制、安全性要求等。

因此,在设计嵌入式系统的时候,需要考虑到系统的性能、功耗等因素,并更加关注系统的可靠性。

与通用计算机系统相比,嵌入式系统更加复杂,需要设计的内容更加细致,因此嵌入式系统特别需要高质量的设计、测试与验证。

二、可靠性设计与实现可靠性设计与实现的核心在于合理的设计,以及严谨的测试和验证。

可靠性设计侧重于从设计或编码阶段开始避免错误,或者通过抑制故障防止问题的扩大,同时也需要考虑到容错、故障隔离及恢复等问题。

2.1 合理的设计合理的设计需要优化结构和算法并考虑到可靠性,包括硬件和软件的设计优化。

硬件方面,需要考虑到部件的性能、可靠性等,尤其要注意到供电故障、温度极端等情况。

软件方面,需要关注软件的正确性、可靠性、安全性等问题,特别是在代码的编写过程中,需要严谨地对代码进行检查和测试,从而尽可能避免软件缺陷的出现。

2.2 严谨的测试与验证对于嵌入式系统,测试和验证非常重要,是保证系统稳定运行的重要手段。

测试过程中,需要尽可能进行覆盖率测试等多种测试手段,以确保软件或硬件设计的覆盖率和正确性。

验证主要是在开发完成后,准确地检查测试的结果,并遵循预先制定的标准。

三、可靠性设计与实施的关键要素在嵌入式系统的实现中,存在许多关键要素影响可靠性的设计和实现。

因此,在系统设计和实现的过程中,需要注意以下几个关键要素。

3.1 电源与温度嵌入式系统的电源和温度都会影响系统的可靠性。

电源问题可能会导致系统重启、死机、片上系统故障等,因此电源管理是关键问题之一。

在设计嵌入式系统时,需要准确估计电源需求、合理处理不同电源之间的切换等问题。

嵌入式系统的安全性与可靠性设计

嵌入式系统的安全性与可靠性设计

嵌入式系统的安全性与可靠性设计在当今的科技发展日新月异的时代,嵌入式系统已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。

然而,由于嵌入式系统具有与网络相连,功能复杂,使用范围广泛等特点,其安全性和可靠性问题也越来越受到人们的关注。

本文将就嵌入式系统的安全性和可靠性设计展开讨论,以期提供一些有益的指导和思路。

一、安全性设计1.漏洞分析和修复首先,嵌入式系统的安全性设计首先要关注漏洞的分析和修复。

安全性漏洞来自于系统设计的缺陷和实现上的疏忽。

通过对系统进行安全性分析,可以发现潜在的漏洞问题,并及时采取修复措施,以保障系统的稳定和安全。

2.访问控制和身份认证其次,嵌入式系统的安全性设计还需要注重访问控制和身份认证的问题。

通过合理的身份验证机制和权限管理,可以限制用户的访问权限,确保系统只被授权的用户使用,并防止未授权访问和窃取敏感信息的风险。

3.数据保护和加密算法此外,在嵌入式系统的安全性设计中,数据保护和加密算法也是非常重要的方面。

采用合适的加密算法,可以在数据传输和存储过程中对敏感信息进行加密,防止被黑客窃取或篡改,进而保护用户的隐私和数据安全。

二、可靠性设计1.容错和冗余设计在嵌入式系统的可靠性设计中,容错和冗余技术是非常常用的方法。

通过引入冗余元件和备份机制,当系统出现故障时,可以有备用系统接管,保证系统的持续运行。

同时,容错设计也可以提高系统的可靠性,当系统发生错误或故障时,能够自动修复或恢复,确保系统正常工作。

2.时序分析和性能优化另外,为了增强嵌入式系统的可靠性,时序分析和性能优化也是不可忽视的环节。

通过对系统的时序特性进行分析和调控,可以更好地预测和处理系统的各种行为,提高系统的响应速度和可用性。

3.软件工程实践最后,嵌入式系统的可靠性设计需要借鉴软件工程的最佳实践。

例如,采用模块化的设计思想,合理划分系统的功能模块,并进行单元测试和集成测试;同时,采用版本控制和配置管理等措施,保证系统的稳定性和扩展性。

嵌入式系统设计中的可靠性考虑

嵌入式系统设计中的可靠性考虑

嵌入式系统设计中的可靠性考虑在嵌入式系统设计中,可靠性是一个至关重要的考虑因素。

嵌入式系统通常被嵌入到各种设备和系统中,如医疗设备、汽车、工业控制系统等,因此其稳定性和可靠性对系统的正常运行和用户的安全至关重要。

在设计嵌入式系统时,我们需要考虑一系列因素来确保系统的可靠性。

首先,硬件设计是确保嵌入式系统可靠性的关键因素之一。

合理选择和设计硬件组件,确保其稳定性和耐用性,是提高系统可靠性的基础。

在硬件设计中,我们需要考虑电路板布局、散热设计、防静电保护等因素,以防止硬件故障对系统正常运行产生影响。

其次,软件设计也是影响嵌入式系统可靠性的重要因素。

在嵌入式系统中,软件通常运行在资源受限的环境下,因此需要高效且稳定的软件设计。

在软件设计中,我们需要考虑系统的实时性、响应速度、错误处理机制等因素,以确保系统可以在各种异常情况下正常运行。

另外,错误处理和容错机制也是提高嵌入式系统可靠性的重要手段。

在系统设计中引入错误处理和容错机制,可以有效地应对硬件故障、软件错误等异常情况,提高系统的稳定性和可靠性。

例如,可以采用硬件监控机制来检测硬件故障,并引入冗余组件来实现容错处理,从而提高系统的可靠性。

此外,测试和验证也是确保嵌入式系统可靠性的重要环节。

通过全面、系统的测试和验证过程,可以及时发现并解决系统设计和实现中的问题,确保系统的正常运行。

在测试和验证过程中,我们需要考虑系统的各种工作状态和异常情况,以验证系统的稳定性和可靠性。

总的来说,嵌入式系统设计中的可靠性考虑是确保系统正常运行和用户安全的基础。

通过合理的硬件设计、高效的软件设计、有效的错误处理和容错机制以及全面的测试和验证过程,可以提高系统的可靠性,确保系统可以在各种环境下稳定运行。

只有在系统设计中充分考虑到可靠性因素,才能保证嵌入式系统的稳定性和安全性。

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浅谈嵌入式系统的可靠性与安全性设计1 可靠性与安全性设计的两次重大变革20世纪初,人类进入到电子时代,随着时代的变迁,电子系统出现了两次巨大的变革,即从传统电子到智能电子与从智能电子到网络电子的变革。

前者是微控制器(MCU)诞生后,嵌入式系统带来的变革,后者是物联网时代智能电子系统普遍入网后带来的变革。

传统电子时代,只有可靠性概念,没有安全性概念;智能电子时代,诞生了安全性包容设计;网络电子时代,电子系统的安全性设计提升到空前高度。

传统电子时代,没有安全性设计概念,可靠性与安全性是统一的。

因为,这一时期的电子系统只有正常与失效两种状态。

正常即可靠,可安全使用;失效即无法工作,也无安全可言。

智能电子时代,由于有MCU 的介入,众多功能可由软件实现。

软件介入后对系统的可靠性设计有两个重大影响:一个是软件介入后系统不可避免地出现失误,出现了正常、失效之间出错概率的多值可靠性;另一个是软件可主动实现系统的可靠性管理。

前者引发了多值可靠性设计概念,后者帯来了可靠性控制的设计内容。

这时的智能电子系统,借助于集成电路的不断进化、人工智能的可靠性控制与封闭的体系结构,无论是可靠性还是安全性都到达了空前高度。

网络电子时代,由于智能电子系统普遍具有网络接入功能,智能电子系统对外部开放的后果是,所有网络安全问题都会带入到智能电子系统中。

病毒入侵、恶意攻击等网络犯罪成为网络电子系统的不安全因素,安全性设计提升到空前高度。

防入侵、防攻击成为网络电子系统安全性设计中不可或缺的重要内容。

下面以汽车电子为例,来描述电子系统可靠性、安全性设计的变革。

老爷车时代,是传统电子时代,无论是仪表系统,还是发动机点火系统都只能由分立电子元件组成,其中任何一个元器件失效都会导致汽车瘫痪。

电子工程师通过精心挑选每个元器件、可靠的电路设计与精心工艺制作,来保证系统的可靠性与安全性。

现代汽车时代是智能电子时代,在汽车电子中,高可靠的集成电路、分布式总线技术、实时多任务操作系统、软件的可靠性管理、重要组件的冗余技术等,保证了汽车电子系统高可靠地运行;还可以通过汽车运行中的各种工况监测(如发动机运行工况监测、车胎压力监测等),确保汽车的安全运行。

自动驾驶汽车时代是网络电子时代,每辆汽车都与互联网相连。

人们在享受自动驾驶方便服务的同时,也带来了很多安全风险。

病毒入侵、恶意攻击成为自动驾驶汽车电子系统的最大安全隐患,网络电子的安全性设计将成为主要设计内容。

2 嵌入式系统可靠性设计的基本概念与传统电子的泛性结构不同,所有智能电子系统都含有归一化智力内核(微控制器)。

由于嵌入式系统的软件介入,智能电子系统有了可主动出击的可靠性管理设计。

这种主动的管理设计,既能保证智能电子系统达到安全、可靠的最佳状态,又能为网络电子系统安全性(防病毒入侵、恶意攻击)设计提供重要手段。

因此,在讨论智能电子时代的可靠性设计时,必须深入了解嵌入式系统可靠性设计的诸多重要概念。

这些概念是:软件介入的多值可靠性与实时性问题、嵌入式系统的安全性包容设计、嵌入式系统的可靠性等级、嵌入式系统的可靠性模型等。

(1)软件介入的多值可靠性传统电子系统的可靠性是一种非好即坏的二值可靠性。

智能电子系统由于大规模集成电路的高本质可靠性保证,软件出错成为系统可靠性的主要问题。

通常,软件出错不会导致系统损坏,软件出错概率便成为系统是否可靠的重要标志。

根据系统出错概率来界定系统的可靠性,这是一种非好、非坏的多值可靠性。

例如,我们常常用易死机、易出错、不好用等现象来判断手机的可靠性。

(2)软件介入的实时性问题智能电子系统是一个由软件驱动的电子系统。

软件介入后,嵌入式系统在激励、响应之间增加了一个程序运行环节。

由于有了程序运行时间,导致响应的时间滞后,有可能给系统带来非实时响应的可靠性、安全性问题。

因此,实时性要求是嵌入式应用系统可靠性设计中必不可少的内容。

(3)嵌入式系统的安全性包容设计智能电子系统的安全性设计寄希望于精心的可靠性管理设计,然而精心的可靠性管理仍然不能避免软件出错。

安全性包容设计是智能电子系统安全设计的重要一环。

安全性包容设计是指系统出错后的无害化处理,例如,给机器人设定空间安全路径,越过规定空间时系统死机或返回。

高机密武器落入敌人手中自动引爆也是一种安全性包容设计。

大众汽车公司机器人伤人事件已经表明机器人安全性包容设计上的失误。

(4)嵌入式系统的可靠性等级可靠性等级用以区别不同电子系统对可靠性的不同要求。

具体应用中的电子系统对系统的可靠性要求千差万别、大相径庭。

例如,人们在用计算机办公时,对计算机死机、出错熟视无睹,而将计算机用于工控时须机械加固、电气加固,要严防死机与出错;使用自动洗衣机不必担心安全事故,而航天火箭发射中一个简单的爆炸螺栓引爆系统的任何失误都会造成致命的安全事故。

因此,在嵌入式系统的具体应用中,应根据各种安全因子来估算系统可靠性要求等级,然后根据可靠性等级要求,制定可靠性、安全性设计的资金、技术、精力投入强度。

(5)嵌入式系统的可靠性模型可靠性模型用来描述嵌入式系统的运行体系与影响运行体系中的各种非可靠性因素。

众所周知,传统电子系统是一个激励-响应型的应用系统。

软件介入后,在激励-响应之间加入了软件运行环节,因此,嵌入式系统是一个激励-软件运行-响应的智能电子系统。

为了弄清软件介入后对系统可靠性的影响,应建立起嵌入式系统的可靠性模型,用可靠性模型来指导系统的可靠性、安全性设计。

3 嵌入式系统可靠性设计的可靠性等级在设计一个具体的嵌入式应用系统时,首先应了解其可靠性要求及可靠性等级。

过度投入会增加无谓的成本与研制周期,投入不够则无法保证系统的可靠性。

例如,仪表工程师设计一个仪器仪表时,首先要了解其精度要求,未达到精度要求则无法使用,超出精度要求则会浪费资金与精力。

(1)什么是嵌入式系统可靠性等级在设计具体的嵌入式应用系统时,不同的应用环境有不同的可靠性要求。

如智能手机对出错现象熟视无睹,自动生产线上的控制单元出错后会造成重大事故;同样,自动生产线有人值守时,出错后可以及时人工停机,避免出现重大事故。

可靠性等级要求包含两方面内容:一是系统的出错概率,二是系统对出错的容忍度。

可靠性等级低,则表明系统的可靠性要求低,对出错的容忍度高,允许系统有较高出错概率;反之,则可靠性等级高。

(2)可靠性等级评定标准根据系统对出错的容忍度、系统的出错概率,归纳出评定因子。

系统对出错容忍程度的评定因子有人机耦合度因子与出错安全因子。

人机耦合度高,表明有操作者介入,能监视系统状况,并及时纠正;出错安全因子表明系统出错时系统的安全程度,影响系统出错概率的环境因子有机械、电气、气氛等,环境愈恶劣,出错概率愈高。

(3)可靠性等级评定方法嵌入式系统的可靠性等级是一种模糊等级。

在评定某个系统的可靠性要求时,应将各个评定因子(如机械环境、电气环境、气氛环境、人机耦合度、出错容忍度等)依据其出错概率高低,以及对出错容忍程度高低顺序,划分出多个量化区间(如10~1的划分空间)。

然后,根据该系统各个评定因子的综合量化数据得分,来确定该系统的可靠性等级。

例如火箭分离器,其机械环境、电气环境恶劣,无人机耦合、出错容忍程度极低,量化数据得分高,属高可靠要求的高可靠性等级;智能手机的机械环境、电气环境、气氛环境尚可,人机耦合度高、出错容忍度高,量化数据得分低,属可靠性要求不高的低可靠性等级。

(4)可靠性等级的实用意义由于可靠性设计必须有相应的软硬件投入。

有了可靠性等级概念,企业对自己产品的可靠性设计便能做到心中有数,并制定企业的可靠性标准。

对于不同的产品,按其可靠性等级、可靠性因子分析,制定出可靠性设计指导意见。

若机械环境恶劣(剧烈振动)、电气环境恶劣(电气干扰、辐射干扰剧烈),则进行机械加固与电气加固;对于生产线无人介入的机器人,应着重加强安全包容性设计等。

4 嵌入式系统可靠性设计的可靠性模型智能电子系统是一个复杂的数据流系统,应按照激励-软件运行-响应的过程建立起系统可靠性模型,然后根据可靠性模型制定出可靠性设计原则与方法。

(1)嵌入式系统的非实时激励-响应嵌入式系统由于软件介入,在激励-响应之间有复杂的数据流操作,即时域上的数据传输、空域上的数据操作。

例如,在智能手机上触摸到某个图标(系统激励)时,会形成一个代码数据,其后是解码,以及数据流在时空中传输与处理,最终结果以语音及图像的方式呈现出来(系统响应)。

正常情况下,有什么激励,就应该有相应的响应状态。

激励-响应之间复杂的数据流操作应保证达到这一基本要求。

(2)嵌入式系统的可靠性模型嵌入式系统的可靠性模型,由激励端、运行空间、响应端构成。

即激励端的实时输入激励、过程空间的运行决策、响应端的实时输出控制。

正常情况下,系统接收正常激励后,软件有序地运行,然后输出正常响应。

然而,实际环境中存在各种干扰,会导致系统出错,出现正常激励下的非正常响应,或非正常激励下的非正常响应。

(3)基于可靠性模型的可靠性设计嵌入式系统的理想运行状况,但实际运行的嵌入式系统存在众多的内外部干扰,从而导致系统出错。

现实环境中的嵌入式系统可靠性模型。

现实环境中的嵌入式系统,在激励端,除了正常激励外,还有众多的非正常激励,如触摸输入的误操作、各种电气干扰、机械干扰的误触发;即便是正常激励,由于输入通图2 现实环境中的嵌入式系统可靠性模型道干扰,也会导致非正常输入。

在软件运行空间中,有程序缺陷出错的失误、数据转输中及数据处理中各种电气干扰引发的软件失控或操作运行失误情况。

在响应端,由于通道干扰,一个正常的程序运行结果也会导致系统的非正常响应。

(4)可靠性设计的唯一性原则一个理想可靠的嵌入式系统应遵循唯一性原则,即激励的唯一性、过程的唯一性、通道的唯一性、响应的唯一性,以及非唯一性的容错。

激励的唯一性,是指激励端能屏蔽所有非正常激励,保证只有唯一的。

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