嵌入式软件可靠性设计规范（word版）

嵌入式软件是电子系统的重要组成部分，它具有不同于硬件系统的可靠性特征和可靠性设计方法。 随着系统应用时间的推移，系统功能逐步完善，bug逐步修复，其可靠性不会随时间下降，相反会随着时间推移而上升。软件可靠性不但与软件存在的差错有关，而且与系统输入和系统使用有关。 嵌入式软件可靠性应达到的判定标准是判错、防错、纠错、容错。同时，系统工程师应考虑到为实现判、防、纠、容而需要配套的硬件设计。 ### 嵌入式软件可靠性设计规范解析 #### 概述 嵌入式软件作为现代电子系统中的核心组件，其可靠性的高低直接影响整个系统的稳定性和安全性。与硬件系统相比，软件具有独特的可靠性特点：随着时间的推移，通过不断的功能完善和BUG修复，软件的可靠性不仅不会下降，反而会逐渐提升。因此，制定一套全面且有效的嵌入式软件可靠性设计规范至关重要。 #### 定义 1. **扇入与扇出**：扇入是指模块的直接上级模块个数，而扇出是指模块所属的直接下级模块个数。合理控制扇入扇出的数量有助于提高软件结构的清晰度，从而降低错误率。 2. **安全关键信息/软件/功能**：这些术语指代那些一旦出现错误就可能导致系统遭受严重危害的信息、软件或功能。识别并重点管理这些元素对于确保系统整体安全性极为关键。 3. **圈复杂度**：这是一种衡量软件复杂度的指标，通常通过计算程序中的独立执行路径数量来评估。较高的圈复杂度意味着程序结构更为复杂，潜在的错误也更多。 #### 计算机系统设计 1. **一般要求**：在设计阶段，需要确立软件的基本架构和技术路线，确保软件能够满足预期的功能需求和性能指标。 2. **硬件与软件功能分配原则**：根据系统的具体需求合理分配硬件与软件各自承担的功能，这有助于优化资源利用，减少不必要的软硬件交互带来的风险。 3. **硬件与软件可靠性指标的分配原则**：在设计之初即需明确各个子系统（包括硬件和软件）的可靠性指标，并据此进行详细的规划与设计。 4. **安全关键功能的人工确认**：对于涉及到安全关键功能的部分，必须通过人工审查等方式确保其正确无误。 5. **安全性内核**：定义一个包含核心安全机制的“内核”，确保即使在部分功能失效的情况下，也能维持系统的最基本安全功能。 6. **自动记录系统故障**：实施故障自动记录机制，可以及时发现并定位问题，有助于后续的问题解决和系统优化。 7. **禁止回避检测出的不安全状态**：确保所有已知的不安全状态都能被有效识别和处理，避免通过绕过检测来掩盖问题。 8. **保密性设计**：采取必要的措施保障系统数据的安全，防止未经授权的访问或泄露。 9. **容错设计**：通过多种手段（如冗余设计、错误检测与纠正机制等）增强系统的容错能力，确保即使部分组件失效也能维持正常运行。 #### 硬件设计 1. **硬件选用**：选择高质量的硬件组件是保证系统稳定性的基础。 2. **总线检测**：定期检测总线的状态，及时发现并处理潜在问题。 3. **加电检测**：在系统启动时执行全面的自检程序，确保所有硬件组件处于正常工作状态。 4. **电源失效的安全措施**：设计合理的电源备份方案，以及在电源中断时能安全关闭系统的机制。 5. **主控计算机失效的安全措施**：针对主控计算机可能出现的故障，提前准备备用方案，确保系统能够在主控失效时切换至备份系统继续运行。 6. **反馈回路传感器失效的防护措施**：对于涉及反馈控制的关键传感器，设计相应的故障检测与处理机制，避免因传感器失效导致系统失控。 7. **电磁干扰的防护措施**：采取适当的屏蔽和滤波技术，减少外部电磁干扰对系统正常运行的影响。 8. **维修互锁措施**：在进行维护操作时，通过物理或逻辑互锁机制防止意外触发系统危险功能。 #### 软件需求分析 1. **需求收集与分析**：深入理解用户需求，明确软件的功能和性能目标，为后续设计提供依据。 2. **软件危险分析**：评估软件潜在的风险点，确定哪些功能可能会导致系统出现安全问题，并制定相应的预防措施。 3. **安全关键功能的设计**：对那些可能直接影响系统安全性的功能进行特殊设计，确保其高度可靠。 4. **冗余设计**：在软件层面实施指令冗余、软件陷阱等机制，提高系统的容错能力。 5. **接口设计**：明确软件与硬件之间的接口规范，确保两者之间的通信准确无误。 6. **软件健壮性设计**：增强软件对外界环境变化（如电源波动、电磁干扰等）的适应能力，减少因外部因素导致的故障。 7. **简化设计**：通过模块化、减少耦合等方式简化软件结构，降低复杂度，从而减少潜在错误的发生。 8. **余量设计**：为系统预留足够的资源余量，以应对未来可能出现的需求增长或突发状况。 9. **数据要求**：明确数据的类型、格式、范围等细节，实施严格的输入验证和输出控制，避免因数据错误引发的问题。 10. **防错程序设计**：通过参数化、标志位等手段，减少程序中的逻辑错误。 11. **编程要求**：规定编程语言的选择、编码规范、注释要求等，确保代码质量。 12. **软件更改要求**：建立软件变更管理制度，确保每次修改都能够经过严格的审批和测试流程。 13. **嵌入式软件测试**：实施全面的测试计划，包括需求遗漏或不明确的测试、配置保存的有效性测试等，确保软件在各种条件下都能稳定运行。 《嵌入式软件可靠性设计规范》旨在为嵌入式软件的开发提供一套全面的技术指南，涵盖了从系统设计、硬件设计、软件需求分析等多个方面，旨在全面提升软件的可靠性，保障系统的稳定运行。