阳妮

摘 要：嵌入式应用系统是一个有计算机内核，软、硬件整合的智能化电子系统。它的智力嵌入，从而形成嵌入式应用系统全新的可靠性设计观念、方法与技术。这些全新的可靠性设计观念是：从二值可靠性到多值可靠性、建立系统的可靠性设计模型、确定系统的可靠性设计等级、应用系统的本质可靠性设计与可靠性控制设计。

关键词：嵌入式；可靠性；电子系统

1嵌入式系统可靠性设计的基本概念

1.1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。

1.2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。

1.3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。

1.4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。

1.5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。

2建立系统可靠性设计模型

2.1软件介入下的激励—响应系统

传统的电子系统是实时的激励—响应系统，嵌入式应用系统则是一个软件广泛介入下的激励—响应系统。由于软件的介入，在激励—响应进程中增加了软件运行时间，造成了嵌入式应用系统的两个新问题，即实时性与软件可靠性问题。由于软件介入，一方面出现软件可靠性问题，另一方面为系统增加了可靠性的控制技术，即利用软件技术来提高系统的可靠性。

2.2嵌入式应用系统的可靠性模型

在嵌入式应用系统的可靠性模型中，系统可靠性取决于从激励端到响应端的唯一性管道原则。即保证在激励端有唯一的正常激励输入，在运行空间有正常激励下唯一的运行路径，在响应端有唯一的正常響应输出。所有破坏唯一性管道原则的因素，都会造成系统的不可靠运行。系统可靠性设计就是要保证在一切不可靠因素侵害下，都能保证唯一性管道的通畅性与稳定性。

2.3应用系统的可靠性设计原则

按照唯一性管道原则，保证正常激励输入下有唯一的正常响应输出，在全部路径上都应有相应的可靠性保障措施。在激励端，除了正常激励外，还会有许多非正常激励。在保证唯一的正常激励输入时，必须对非正常激励采取屏蔽措施，或容错技术。在软件的运行空间上，要在保证软件的唯一运行路径的同时，尽量减少软件漏洞，防止程序飞跑。当程序飞跑吋，能迅速发现并使之进入安全管道。在与程序运行相关的物理空间上，不断进行自检与修补。在响应端，能及时判断异常状态下的非正常响应，并即时剔除。对于无法避免的非正常响应输出，应采取安全性包容措施，以免造成不可挽回的损失。在所有数据流的路径上，都会有许多通道干扰，应实施管道化的屏蔽措施。按照电磁兼容性原则，不仅要屏蔽入侵的电磁干扰，也要防止本机电磁辐射外泄。在某些状况下，防电磁辐射外泄是出于信息安全的考虑。建立可靠性模型，有利于制定可靠性设计的技术标准。在可靠性模型基础上，总结、归纳出系统可靠性设计的原则、方法、措施，形成企业的可靠性设计标准。使企业的可靠性设计科学化与规范化。

参考文献：

[1]王田苗，魏洪兴.嵌入式系统设计与实例开发[M].清华大学出版社，2008.

[2]佚名.嵌入式系统[M].机械工业出版社，2015.