嵌入式系统安全关键设计:原则、计算和现实世界实例

嵌入式系统被用于安全至关重要的应用,如医疗设备、汽车系统和航空航天技术。设计这些系统需要仔细考虑安全原则、精确计算和现实世界的实施实例,以确保可靠性和安全性。

安全-有标准嵌入式系统设计原则

安全关键系统必须遵守严格的设计原则,防止可能导致伤害的故障。这些原则包括冗余、容错和避故障机制。冗余涉及重复关键部件,以确保系统运行在失败的情况下能够持续。容错允许系统探测和管理错误,而不会造成灾难性后果。

安全机制的失败确保系统在发生故障时向安全状态过渡,这些原则对于在各种条件下尽量减少风险和确保持续运行至关重要。

设计安全关键系统需要计算以确定故障概率和系统可靠性. 故障模式与效果分析(FMEA)是用于识别潜在故障模式及其影响的常用方法. 可靠性计算经常使用统计模型来估计故障之间的平均时间(MTBF).

例如,如果一个系统组件的故障率为每10 000小时1次故障,那么1000小时操作的可靠性可以计算为:

可靠性=e^{-故障率×时间}]

在此期间,这导致大约90.48%的可靠性。

起搏器等医疗器械必须可靠地操作以确保患者的安全,这些器械包括冗余和严格的测试,以达到ISO 13485等安全标准. 在汽车工业中,防锁制动系统(ABS)的设计有多种传感器和防故障模式,以防止事故发生.

同样,飞行控制计算机等航空航天系统利用广泛的断层探测和冗余来维持飞行期间的安全运行,这些例子表明在现实世界中应用安全原则和计算来保护生命和财产。