嵌入式应用系统的可靠性设计初探

　　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。与传统的激励响应型电子系统的本质差异，是它的智力嵌入，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。支持可靠性设计观念的基础是LSIC支持下硬件结构的超常可靠性、会出错的软件体系、智力内核的可靠性控制。

　　1 创建可靠性设计新观念

　　1.1 嵌入式应用系统可靠性设计背景

　　嵌入式应用系统可靠性设计背景是集成电路的超长寿命、计算机软件介入与计算机内核的可靠性控制能力。

　　①集成电路的超长寿命。经历半个世纪的发展，集成电路从电路集成、功能集成、技术集成到知识集成。依靠顶级电子学专家的可靠性设计，大规模集成电路的可靠性迅速增长。与电子产品的更新周期相比，集成电路具有超长寿命与超常可靠性，器件失效周期远大于产品的更新周期。

　　②计算机软件介入。与传统电子系统相比，嵌入式应用系统有软件介入，系统在软件介入下运行。因而系统的可靠性基础是软件的可靠性。软件的可靠性决定了嵌入式应用系统的可靠性特征。

　　③计算机内核的智能化管理能力。嵌入式应用系统的计算机内核，决定了嵌入式应用系统是一个智能化系统。这个智能化的计算机内核可以实现可靠性的主动控制，如噪声失敏、动态冗余、出错控制、容错管理和系统测试等。

　　1.2 嵌入式应用系统可靠性设计的新观念

　　嵌入式应用系统可靠性设计的新观念是多值可靠性、可靠性等级、可靠性模型与可靠性控制。

　　(1)多值可靠性

　　传统电子系统是二值可靠性系统，是一个非好即坏的电子系统。嵌入式应用系统则经常表现为不好不坏，是一个多值可靠性的电子系统，这是由软件不断出错引发出系统的不可靠性。当软件运行出错时系统无法正常工作，软件运行恢复正常时系统恢复正常运行，这是介于“好”、“坏”之间的多值可靠性。这种多值可靠性可以用出错概率的统计方法来界定系统的可靠性品质。

　　硬件系统的超长寿命、超常可靠性的器件保证，使软件“出错”成为系统可靠性的主要因素。

　　(2)可靠性等级

　　在嵌入式应用系统中客观存在一个可靠性等级要求。相似的功能要求、相似的软硬件，在不同的运行环境下，会有不同的可靠性设计要求。例如，运载火箭中星箭分离的爆炸螺栓控制系统，由于是空间应用环境、无人监管、强烈的机械振动条件、出错后果严重，可靠性等级要求极高;对比实验室应用环境中的万用表，可靠性等级要求很低。