嵌入式系统软件可靠性设计
嵌入式开发中的软件架构设计
嵌入式开发中的软件架构设计嵌入式开发是现代科技领域中的重要一环，它涉及到各种智能设备和嵌入式系统的开发与设计。
在嵌入式开发中，软件架构设计起着至关重要的作用。
本文将介绍嵌入式开发中的软件架构设计原则、常见的软件架构模式，以及如何选择适合的软件架构设计方案。
一、嵌入式开发中的软件架构设计原则在进行嵌入式软件架构设计时，需要遵循一些基本原则，以确保软件架构的稳定性、可靠性和可维护性。
以下是几个重要的原则：1. 模块化设计：嵌入式系统通常由多个模块组成，每个模块负责不同的功能。
模块化设计可以使系统的各个模块相互独立，易于调试和维护。
2. 可重用性：合理设计软件模块，以便于在不同的项目中重复使用。
这将提高开发效率，减少代码量，降低项目开发成本。
3. 可扩展性：嵌入式系统的需求可能会随时间不断变化。
因此，软件架构设计应具备良好的可扩展性，以便于根据实际需求进行系统的扩展和升级。
4. 可靠性和安全性：嵌入式系统通常面临着严格的可靠性和安全性要求。
软件架构设计应当考虑到系统的性能和稳定性，并采取相应的措施来确保数据的安全性。
5. 性能优化：嵌入式系统通常拥有有限的资源，包括处理能力、内存和存储空间等。
软件架构设计应当考虑到这些资源限制，并尽可能优化系统的性能。
二、常见的嵌入式软件架构模式针对不同的应用场景和需求，存在多种嵌入式软件架构模式可供选择。
以下是一些常见的模式：1. 单机框架模式：在这种模式下，嵌入式系统作为一个单一的实体存在，所有的功能模块都运行在同一台设备上。
这种模式适用于资源较为充足、功能相对简单的嵌入式系统。
2. 分布式框架模式：在这种模式下，嵌入式系统的各个功能模块分布在不同的设备上，通过网络进行通信和协作。
这种模式适用于功能复杂、需要协同工作的嵌入式系统。
3. 客户端-服务器模式：这种模式下，嵌入式系统被分为客户端和服务器两个部分。
客户端负责与用户进行交互，服务器负责处理数据和逻辑。
这种模式适用于需要与用户进行交互的嵌入式系统。
《嵌入式系统的低功耗与可靠性技术研究》
《嵌入式系统的低功耗与可靠性技术研究》一、引言随着物联网、智能设备以及移动计算技术的快速发展，嵌入式系统作为各种智能设备的核心部分，其低功耗与可靠性问题逐渐成为了重要的研究课题。
在面对能源短缺、环境污染以及设备稳定性要求日益严格的今天，嵌入式系统的低功耗与可靠性技术显得尤为重要。
本文将详细探讨嵌入式系统的低功耗和可靠性技术的研究现状及未来发展趋势。
二、嵌入式系统低功耗技术研究1. 硬件低功耗设计硬件低功耗设计是嵌入式系统低功耗技术的关键。
设计者在硬件设计阶段应考虑采用低功耗芯片、合理的电源管理策略等手段降低系统的整体功耗。
此外，选择合理的元器件及封装方式也能有效降低功耗。
在设计中还可以使用动态电源管理技术，根据系统运行状态调整电源供应，以达到节能目的。
2. 软件优化软件优化是降低嵌入式系统功耗的另一重要手段。
通过优化算法、减少不必要的计算和通信等措施，可以有效降低系统的运行功耗。
此外，合理设计系统任务调度策略，根据任务优先级进行任务分配和调度，也可以实现功耗的降低。
3. 休眠与唤醒机制休眠与唤醒机制是降低嵌入式系统功耗的有效手段。
通过在系统空闲时进入休眠状态，可以有效降低系统的功耗。
当系统需要再次工作时，再从休眠状态唤醒，以恢复工作状态。
这种机制在嵌入式系统中得到了广泛应用。
三、嵌入式系统可靠性技术研究1. 硬件冗余与容错设计硬件冗余与容错设计是提高嵌入式系统可靠性的重要手段。
通过采用冗余硬件和容错技术，可以在系统出现故障时保证系统的正常运行。
例如，采用双机热备、三模冗余等技术，可以提高系统的可靠性和稳定性。
2. 软件容错与恢复技术软件容错与恢复技术是提高嵌入式系统可靠性的另一重要手段。
通过设计容错算法、实现软件故障的自恢复等功能，可以在软件出现故障时及时恢复系统的正常运行。
此外，通过定期更新和修复软件漏洞，也可以提高系统的安全性与稳定性。
3. 系统级可靠性设计系统级可靠性设计是提高嵌入式系统可靠性的综合手段。
嵌入式系统的软件架构设计
嵌入式系统的软件架构设计一、嵌入式系统软件架构设计的原则1.单一职责原则：模块化设计，每个模块负责独立的功能或任务，使得系统具有高内聚性和低耦合性，易于维护和拓展。
2.低功耗原则：嵌入式系统通常运行在资源受限的环境中，所以在设计过程中应考虑功耗的优化，如合理使用睡眠模式、降低组件工作频率等。
3.实时性原则：对于需要实时响应的系统，需要保证任务的实时性和可靠性。
可以使用实时操作系统，合理分配任务优先级，提供正确的调度机制。
4.可靠性原则：嵌入式系统通常运行在无人值守的环境中，对于需要长时间运行的系统，需要考虑到系统的稳定性和错误处理机制，如保证数据一致性、异常处理等。
二、常用的嵌入式系统软件架构模式1.分层结构：将系统划分为若干层，每一层负责特定的功能或任务。
上层可以调用下层的服务，实现系统的复用和模块化设计。
常见的分层结构有应用层、服务层、驱动层等。
2.客户端-服务器模式：将系统拆分为客户端和服务器，客户端负责用户界面和输入输出处理，服务器负责核心业务逻辑和数据处理。
这种模式适用于需要分布式处理和网络通信的系统。
3.事件驱动模式：通过订阅和发布机制，实现模块之间的高效通信和数据传递。
当一个模块触发一个事件时，相关的订阅者可以接收并处理这个事件。
这种模式适用于需要实现松耦合的模块间通信的系统。
4.状态机模式：系统根据不同的状态进行不同的处理，通过定义状态转换规则，可以实现系统的复杂逻辑控制。
这种模式适用于需要根据不同状态处理不同事件的系统，如自动控制系统。
三、嵌入式系统软件架构设计的指导1.准确定义需求：在设计阶段之前，清楚地定义系统的功能需求、性能需求、可靠性需求等，并根据需求确定软件架构的基本模型和模式。
2.模块化设计和接口定义：将系统划分为若干独立的模块，并定义模块之间的接口和通信机制。
模块化设计可以提高系统的复用性、拓展性和维护性。
3.确定关键任务：对于需要实时响应的系统，需要确定关键任务，并按照优先级进行调度。
嵌入式系统的软件设计要点
嵌入式系统的软件设计要点嵌入式系统是一种特殊类型的计算机系统，其硬件和软件被嵌入到其他设备中，用于控制特定的功能。
嵌入式系统往往面临有限的资源、实时性要求和稳定性需求等挑战。
为了确保嵌入式系统的可靠性和高效性，软件设计起着至关重要的作用。
在进行嵌入式系统的软件设计时，我们需要注意以下几个要点：1. 系统需求分析和规划：在进行软件设计前，必须对系统的需求进行详细分析和规划。
弄清楚系统的功能需求、性能要求、实时性要求以及硬件资源的约束等，有助于确保软件设计满足系统所需的要求。
2. 软件架构设计：软件架构设计是嵌入式系统的关键环节。
一个合理的软件架构能够提高整个系统的可维护性、可扩展性和稳定性。
需要选择适合嵌入式系统的架构模式，如分层、客户端-服务器等，并进行模块化设计，把系统分解成若干独立的功能模块，尽可能减少模块间的耦合。
3. 高效的代码编写：在嵌入式系统中，资源是有限的，因此需要编写高效的代码以充分利用系统的资源。
这包括优化算法、减少资源占用、合理地使用内存和处理器，以及减少不必要的操作等。
同时，需要注意代码的可维护性和可读性，以方便后续的维护和升级工作。
4. 实时性要求：嵌入式系统通常需要满足实时性要求，即对事件的处理必须在严格的时间约束下完成。
为了满足实时性要求，需要对系统的任务进行合理的调度和优先级分配，以确保关键任务的及时响应。
此外，还可以使用中断、定时器等机制来处理实时事件。
5. 异常处理和容错设计：在嵌入式系统中，由于环境的复杂性和不可控性，可能会发生各种异常情况，例如硬件故障、通信错误等。
因此，需要在软件设计中考虑异常处理和容错设计。
这包括错误检测和恢复机制、数据校验和纠错码等。
通过这些设计，可以使系统具备较高的容错性和可靠性。
6. 软件测试和验证：软件测试和验证是确保嵌入式系统正常运行的关键步骤。
需要对软件进行全面的测试，包括功能测试、性能测试、安全性测试等。
同时，还需要考虑系统的可靠性验证，通过各种测试工具和技术，检测出潜在的问题并进行修复。
嵌入式软件可靠性设计规范checklist
嵌入式软件可靠性设计规范汇总43.高级报警显示：红色，1.4Hz～ 2.8Hz，信占比率20%～60%开44.中级报警显示：黄色，0.4Hz～0.8Hz，信占比率20%～60%开45.低级报警显示：蓝绿色或者黄色，常开，信占比率100%46.高优先级和中优先级的报警上、下限设置值，一旦超出可能引起较严重后果的非合理报警数值区域时，均需加单独的对话弹出框予以提醒操作者47.默认的报警预置不允许修改，并提供让用户能恢复到出厂默认报警设置的操作途径48.做报警日志记录，为以后的故障分析、维修检查或商业纠纷提供依据与硬件接口的软件49.数据传输接口的硬件性能限制了数据传输速率的提高，在确定波特率前，要确认硬件所能承受的最高传输率，光耦、485、232、CAN、传输线上有防护器件（TVS或压敏电阻）的端口50.硬件端口读进来的数据必须加值域范围的判断51.硬件端口读取数据，必须加可控时间或次数的有限次限制52.A/D的位数比前端放大电路的精度要求略高即可，并通过数学计算验证53.对运动部件的控制，正向运动突然转向反向运动时，必须控制先正向减速到0，然后再反向加速的控制方式54.运动部件停机后、再快速启动的工作控制方式是不允许的。
须停机、开机、delay延时、再启动执行机构，以确保执行机构先释放原来运动状态的惯性，然后再从静态下启动55.运动部件都有过渡过程特性，软件驱动时的上升沿和下降沿的过渡特性会直接影响到硬件的安全和执行效果56.板卡启动时，先initMCU、然后Delay、然后initIO，以确保各芯片的上电电源都已经稳定下来再启动工作57.对采集自有可能受到干扰的模拟端口输入的数字量数据，一定要加上、下限、Δ/Δt、规律性干扰的滤波措施三个方面的容错性机制58.对数字端口传输数据可以连续传输两遍，以防范随机性偶发干扰，实时性要求较高的，可以连续传三遍，2：1判定59.模块之间的数据通信联络，用周期性读取的方式、或请求-应答的方式传送数据，一旦超出周期性时间要求，或未应答，则判定硬件失效，需有软件的配套措施。
嵌入式系统中的软件可靠性与质量保障
嵌入式系统中的软件可靠性与质量保障嵌入式系统是一种专门针对特定应用的计算机系统，它被嵌入到某个设备或系统中，负责控制和实现设备或系统的功能。
由于嵌入式系统的应用场景多样化、依赖性强，软件可靠性与质量保障是确保嵌入式系统正常运行的关键要素之一。
软件可靠性是指系统能够在规定的时间内和条件下，按照要求完成既定功能而不发生故障的能力。
软件质量保障是指在软件开发过程中，采取一系列的措施来确保软件的高质量、高可靠性和高稳定性。
软件可靠性与质量保障是相辅相成的，只有在软件开发过程中充分考虑可靠性和质量保障问题，才能提供可靠性高、质量优良的嵌入式系统。
在嵌入式系统中，软件可靠性与质量保障需要从多个方面进行考虑和实施。
首先，需求分析是软件开发过程中至关重要的一环。
准确理解和明确嵌入式系统的功能要求，能够有助于提前预测和防范潜在的软件缺陷和问题。
在需求分析中，应该明确系统的功能需求、性能需求、安全需求等，为后续的软件开发开展提供明确的指导。
其次，设计阶段应该充分考虑软件可靠性和质量保障。
在设计阶段，需要进行合理的软件架构设计和模块设计，确保软件结构合理、模块划分清晰。
通过对软件的模块化设计，能够提高软件的可维护性和可测试性，方便对软件进行调试和测试，从而提高软件的可靠性和质量。
此外，在软件开发过程中，代码的编写和调试也是提高软件可靠性和质量保障的关键环节。
在编写代码过程中，应该遵循一定的编码规范，采用合适的算法和数据结构，避免代码中存在潜在的逻辑错误和漏洞。
编写完代码后，需要进行严格的代码调试和测试，通过单元测试、集成测试、系统测试等手段，发现和修复可能存在的问题，确保代码的可靠性和质量。
此外，与软件开发并行的软件验证和软件评审也是保证软件可靠性和质量保障的重要手段。
软件验证是指通过对软件进行严格的验收测试，确保软件的正确性和完整性。
软件评审是指通过软件开发过程中的各个阶段进行严格的评审，包括需求评审、设计评审、代码评审等，以发现和纠正潜在的问题。
嵌入式软硬件系统的可靠性设计
Ｋ ｅ ｒ ： ｅ ｅ ｄ ｄｓｓｅ ；ｓｆ ｒ ｎ ａ ｄ ｒ ；ｒ ｌ ｂｌ ｙｄ ｓｇ ｙ ｗｏ ｄｓ ｍｂ ｄ ｅ ｙｔｍ ｏｔ ｅａ ｄｈ ｒ ｗａｅ ｅｉ ｉ ｔ ｅ ｉｎ ｗａ ａ ｉ
１ 引 言
随着 嵌入 式 系统 硬件 体 系结构 的 变化 ，嵌 入式 系统 的发 展趋 势 向嵌入 式 系统 高端 ．即嵌入 式 软件 系统 转移 ．具 体体 现在 嵌 入式操 作 系统 趋 于多 样和
２ 硬 件 系 统 可 靠 性 设 计
在 对 嵌 入 式 系 统 中 的 硬 件 ．也 就 是 Ｐｗ ｒＣ ｏ ｅＰ
进行 控制
ｂ Ｐ Ｉ 块 、Ｃ Ｃ 模 完 成 从 Ｐ Ｉ 线 到 Ｐ Ｉ 线 的 转 换 ．提 供 总 线 Ｃ 总 Ｃ 总 的仲裁 ，完成 作为 Ｃ Ｃ 主设 备 或从设 备 的功 能 。 Ｐ Ｉ
ｄ ）ＲＳ ２ ４ ２模 块
件 一 出故 障 ，就 将使 整个 系统 的功能受 到影 响 ： ３ ）对 于恶 劣环 境 下 工作 的单 元 或 部件 ．其 可 靠性 指标应 定得 低一 些 ：
４ ）对 于 新 研制 的产 品 以及 采 用新 工 艺 、新 材 料 的产品 ，其可 靠性指 标可 以定低 一些 ：
提供 ４路 Ｒ ４ ２接 口 Ｓ２
ｅ Ｐ １ ＭＣ模 块
提 供外 接 Ｐ ＭＣ扩展 卡 的接 口
ｎ Ｕ Ｂ模 块 Ｓ
一
５ １易 以维修 的单 元 或部 件 的 可靠 性 指 标 定 高
电 子 产 品 可 靠 性 与 环 境 试 验
Ｖ ｉ ８Ｎ ． ｃ． ０ ０ ｏ． ｏ Ｏ ｔ ２ １ ２ ５ ．
嵌 入 式 软 硬 件 系统 的可 靠 性 设 计
张 明 ，刘 志 宏 ，方伟 奇
嵌入式系统软硬件可靠性设计讲义
14
5-500R < 0.8v => R>4.2/500=8.4k
15
Vcc
R
VH
Io
Io
200μA
200uA *15K=3V 选 10K 可用。
24V 10Ω±10%
最坏电路情况分析，R 取最不利的数 值 最高的器件环境温度 Ta 最高的电 压 Vmax 降额余量 最大的阻值 误差 R-ΔR
16
1.1 、设计调查表 1.2 、导致问题的常见应力 1.3 、分析方法
3
1.1、设计调查表
1. 环境因素 2. 人的因素 3. 关联设备的因素
4
1.2、常见故障应力
过渡过程应力及超调对输入端器件的影响
5
感性负载、容性负载对驱动电路的影响分析
6
环境条件影响
7
单一故障与系统分析方法
8
1.3、分析方法
工程计算与容差分析
P
95.4%
-2σ
+2σ
U
-σ +σ
68.3%
-3σ
+3σ
99.73 %
9
最坏电路情况分析法
±5%？
±5%？
±10%
10
精度分配方法
1. 得到系统的总精度要求 2. 找出影响总精度的各分模块 3. 推导出系统输出值与各模块测控物理量的工程计算公式 4. 根据工程计算公式，做微分运算，推导出影响总精度的所有要素，然
MT48LC8M16A2 Datasheet.pdf
19
面板复位电路抗干扰电容
1. 面板复位是静电非常敏感电路；处理方式如图
2. 电容典型值 560pF
4. 双向 TVS 管选择结电容较小的 管 子，结电容<1000pF
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2. 可靠性与稳定性之间的关系...................................................................................2
2.1
定律 1：越简单的东西越容易做得可靠 ................................................................2
2.4
结论...........................................................................................................................5
3. 功能与可靠性、稳定性之间的关系.......................................................................6
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2. 可靠性与稳定性之间的关系
2.1 定律 1：越简单的东西越容易做得可靠
相对锤子来说，机械手表足够复杂。如果让一个锤子和一个机械手表都从10层楼高处 掉到普通水泥地面，哪个损坏的可能性更大？当然，如果花费大的代价，如使用最好的材 料，并增减减震系统，机械手表甚至可以做到锤子摔坏了而手表不坏。不相信？飞行员从 几万米高空掉下来不受伤的比比皆是（当然有降落伞啦）。
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2.2 定律 2：越复杂的东西越容易做得稳定
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Technical Note
对嵌入式系统软件可靠性设计的一些看法
嵌入式系统
V1.00 Date:2010/03/18
工程技术笔记
类别 关键词
摘要
内容 嵌入式系统 软件 可靠性 本文分析了 嵌入式系统软件的复杂度、可靠性与稳定性之 间的关系，本给出了增加嵌入式系统可靠性的一般方法。
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ARM 嵌入式工业控制模块
目录
1. 概述...........................................................................................................................1
2.2
定律 2：越复杂的东西越容易做得稳定 ................................................................3
2.3
定律 3：每个系统有一个最小的复杂度 ................................................................4
mifare.support@
销售：
电话：(020)22644249 22644399 22644372 22644261 28872524 28872342 28872349 28872569 28872573 38601786
维修：
电话：(020)22644245
工程技术笔记
4.3
稳定可靠来有赖于时间的检验 .............................................................................11
4.4
因为专业所以稳定可靠 ......................................................................................... 11
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SHA-1 算法实现
ARM 嵌入式工业控制模块
1. 概述
自从40多年前嵌入式系统诞生以来，随着技术的发展和需求的变化，嵌入式系统软件 就在嵌入式系统中越来越重要。现在，甚至一些嵌入式系统硬件一模一样，仅仅是软件不 同，就是不一样的产品（如交换机和路由器）。
分析仪器：
电话：(020)22644375 28872624 28872345 邮箱：tools@
ARM 嵌入式系统：
电话：(020)28872347 28872377 22644383 22644384 邮箱：arm.support@
楼宇自动化：
电话：(020)22644376 22644389 28267806 邮箱：mjs.support@
嵌入式系统应用领域千差万别、他们对嵌入式系统的要求和侧重点不尽相同，（如工 业控制特别强调可靠性），但基本要求嵌入式系统功能强大、性能稳定、工作可靠。但这3 点不是相辅相成的，而是互相之间有矛盾的。
嵌入式系统的功能、稳定性、可靠应与嵌入式系统的硬件、软件都有关系。本文仅讨 论版嵌入式系统软件的可靠性设计问题，因此假设嵌入式系统的硬件是稳定可靠的。尽管 一些应用可以在不可靠的硬件上通过软件设计获得可靠的产品（如U盘，NAND FLASH是一个不可靠的存储介质，但通过软件设计，可以得到可靠的存储设备。硬盘更是 如此。），但这不在本文的讨论范围之内。
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3.1
定律 1：功能的增加是依靠复杂度的增加而增加的 ............................................6
3.2
定律 2：功能的增加可能造成单个功能的复杂度的减少 ....................................7
3.3
结论...........................................................................................................................8
图 2.1 那个坏了？
从上述说明可知，简单的东西很容易做得高可靠，但复杂的东西要做高可靠花费的代 价就高多了。这是普遍原则，对于嵌入式软件也适用。既然如此，哪为什么人们还要做复 杂的东西呢？这就涉及第二定律了。
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5. 结论：专业分工合作是提高嵌入式系统软件的最快最省方法.........................13
6. 免责声明.................................................................................................................14
4. 增加嵌入式系统软件的可靠性和稳定性的有效方法...........................................9