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汽车电子系统中嵌入式软件可靠性设计

更新时间 2011-9-17 17:56:54 点击数:

    刘玉宝1祝海英2戴银飞1(1.长春大学计算机学院吉林长春130022;
    2.长春职业技术学院信息技术分院吉林长春130033)摘要:提出了汽车电子系统中软件可靠性的定义,并对影响汽车电子系统软件可靠性的因素进行了分析,提出汽车电子系统软件的可靠性设计方法。
     关键词:汽车电子系统可靠性设计嵌入式软件软件可靠性
    1、引言
    汽车电子技术是当今汽车技术发展的主要动力,随着汽车电子控制系统的日益复杂化以及用户对软件可靠性需求的日益高涨,导致行业内部竞争加剧,使汽车制造商面临更重要的可靠性问题。车载软件是汽车电子系统的核心,对于提高车辆的性能、安全性和可靠性具有重要的作用。因此,对汽车电子系统中软件进行可靠性设计显得非常必要。
    2、汽车电子系统软件可靠性定义软件可靠性是指在规定的时间周期内执行所要求功能的能力[1]。汽车电子系统可靠性的定义具体描述为:汽车电子系统软件可靠性是指应用于汽车电子控制单元(ECU)的嵌入式软件,在规定的时间周期内和规定的条件下,在起始时刻即t=0时系统能正常工作,在时间区间[0,t]内系统正常运行的概率。
    可以用可靠度函数R(t),错误(故障)率M(t)作为描述可靠性的主要参数[2]。
    2.1可靠度函数R(t)
    观察大量的观测单元数目i=1,2,3,……,N。观测单元i的错误特征可以通过时间Ti来表示,这期间观测单元处于正常工作。Ti称为观测单元i的无故障时间。通过同样条件下的多个相似观测单元,可以获得相关故障频率(ft),公式为:(1)n(t)为在时间t以后,出现故障的观测单元数目,N0为在t=0起始时刻的观测单元数目。(ft)也称为经验故障函数。
    故经验可靠性函数(rt)定义为:(2)当N0→∞时故障频率(ft)就转换为故障概率F(t)。所以,故障概率的补集就为可靠性函数R(t):(3)在此R(t)表示观测单元在0到t时间间隔期间处于能够正常工作的概率。常常使用错误率(故障率)m(t)来代替可靠性函数R(t)。
    2.2错误(故障)率M(t)
    经验故障率m(t)定义为时间间隔(t,t+△t)期间故障次数与时刻t无出错观测单元个数之比:(4)当N0→∞时且△t→0时,经验故障频率m(t)趋向于故障频率M(t),后者可以使用前面所定义的可靠性函数R(t)来表示:(5)如果故障频率M(t)=M=常数,则可靠性函数相应为:(6)3、影响汽车电子系统软件可靠性的因素汽车电子系统软件开发过程中影响可靠性的因素主要有:3.1输入数据采集输入数据采集要考虑到抗干扰问题,ECU(电子控制单元)采集的实时数据,由于有不可预见的影响因素存在,采集到的数据有时不够准确,可以采用重复检测,极值判别,平均值法等方法采集输入数据。
    3.2输出数据
    系统输出数据有时也会受到干扰,可以采取将常规的输出改为连续循环输出或和相应的输入通道构成闭环系统[3]。
    3.3程序运行出现异常
    系统运行过程遇到意外情况,如噪声干扰,流程出错,非法数据,电路瞬间失效等[4],导致程序执行出现异常。可以采取使用看门狗电路,系统定期自检,程序中设置安全预警功能等。
    4、提高汽车电子系统软件可靠性的方法和技术4.1建立以可靠性为核心的质量标准所制定的质量度量标准要满足以下两方面的基本要求:一是明确划分各开发过程(需求分析过程,设计过程,测试过程,验收过程),通过质量检验确保差错及早排除。二是在各开发过程中实施进度管理,产生阶段质量评价报告,对不合要求的产品及早采取对策。
    4.2软件重用
    软件重用即最大限度地重用现有的成熟软件,不仅能缩短开发周期,提高开发效率,也能提高软件的可维护性和可靠性。软件重用包括三个方面内容:一是开发过程重用,指开发规范、各种开发方法、工具和标准等。二是软件构件重用,指文档、程序和数据等。三是知识重用,如相关领域专业知识的重用。
    4.3容错设计
    容错技术的基本思想是使软件内潜在的差错对可靠性的影响缩小控制到最低程度。常用的软件容错技术有N-版本技术、恢复块技术。
    N-版本程序设计是依据相同规范要求独立设计N个功能相同的程序(即版本)。恢复块技术是使用自动前向错误恢复的故障处理技术。
    5、结语
    汽车电子系统是一个复杂的系统,其软件的可靠性是一个多因素的问题,除一般软件系统的常规措施外,还要考虑到汽车的特殊性。在软件的研制阶段,要充分考虑影响汽车电子系统软件可靠性的因素,严格按工程化的思想和方法提高软件的可靠性进行可靠性设计,提高其软件可靠性。

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