軟件可靠性設(shè)計與分析-在線瀏覽
2025-02-23 17:30本頁面
【正文】 啟動后看門狗在累計時間 ， 當累計時間到了規(guī)定值時觸發(fā)到時中斷 （ 即狗叫 ） ， 看門狗在不需要時可以關(guān)閉 。 如： (1)要防某段程序可能的死循環(huán) ， 則在此段程序前啟動狗 ， 在此段程序后關(guān)閉狗 ， 在狗叫中斷中進行超時異常處理 。 (3)要防計算超時 ， 則在開始計算時啟動狗 ， 在計算完畢后關(guān)閉狗 ， 在狗叫中斷中進行超時異常處理 。 避免潛在的死循環(huán) 在等待外部信號的程序段中 ， 不允許無限制地等待 。 不允許的設(shè)計方法 建議采用的設(shè)計方法 注意通過雙口 RAM進行握手 通過雙口 RAM進行信息交換是設(shè)計師經(jīng)常采用的一種設(shè)計方案 。 如此的設(shè)計是要避免的：通過雙口 RAM交換信息 ， 在雙口RAM中設(shè)臵了握手信號單元 。 這種設(shè)計不一定可靠，可能會出現(xiàn)寫方要寫握手信號時，讀方正在讀握手信號，則寫方要寫的值寫不進去。如果一定要靠雙口 RAM進行握手，則寫握手信號單元數(shù)據(jù)時一定要寫完后接著再讀出，經(jīng)驗證確實寫成功后再進行下面的操作，否則需繼續(xù)寫。 可靠的設(shè)計方法 握手標志臵不上的可能 數(shù)據(jù)采集的多路冗余設(shè)計 關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集可采用多路冗余設(shè)計，即可以從多個通訊口對同一數(shù)據(jù)進行采集，通過表決進行有效數(shù)據(jù)的裁決。 (1)開關(guān)量的裁決可采用多數(shù)票的裁決，如 3取 5取 3等。 主動式錯誤檢測 ? 軟件 BIT – 對 ROM中的代碼進行和檢驗（ sum check）； – 檢測 RAM，以保證正確的操作用數(shù)碼； – 檢測內(nèi)存的正確性，以確保正確操作； – 對關(guān)鍵及重要的函數(shù)功能及邏輯功能進行典型較核。 ? 主動式錯誤檢測可作為周期性任務(wù)來安排，也可作為一個低優(yōu)先級的任務(wù)來執(zhí)行。 軟件改錯設(shè)計 軟件改錯設(shè)計 ? 改錯設(shè)計 是指在設(shè)計中，賦予程序自我改正錯誤、減少錯誤危害程度的能力的一種設(shè)計方法。 ? 現(xiàn)階段僅限于減少軟件錯誤造成的有害影響，或?qū)⒂泻τ绊懴拗圃谝粋€較小的范圍。 ? 現(xiàn)階段沒有人的參與幾乎不可能 故障隔離 ? 權(quán)限最小化原則 是實現(xiàn)故障隔離的主要思想。例如，針對操作系統(tǒng)的故障隔離方法： –不允許一個用戶的應(yīng)用程序引用或修改其它用戶的應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)； –絕對不允許一個應(yīng)用程序引用或修改操作系統(tǒng)的編碼或操作系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)； –保護應(yīng)用程序及其數(shù)據(jù)，使其不致由于操作系統(tǒng)的錯誤而引起程序和數(shù)據(jù)的偶然變更； –應(yīng)用程序絕對不能終止系統(tǒng)工作、不能誘發(fā)操作系統(tǒng)去改變其它的應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)； –…… 軟件容錯設(shè)計 軟件容錯設(shè)計 ? 軟件容錯設(shè)計是指在設(shè)計中賦予程序某種特殊的功能，使程序在錯誤已被觸發(fā)的情況下，系統(tǒng)仍然具有正常運行能力的一種設(shè)計方法。這時指令執(zhí)行時間比正常時大 n倍 – 程序 (一個模塊或一個子程序 )重復(fù)執(zhí)行是當應(yīng)用軟件系統(tǒng)檢查出正在執(zhí)行的程序出錯誤后，中斷當前正在運行的軟件，反復(fù)調(diào)用 n次(n= 3)運行出錯的程序 (一個模塊或一個子程序 )。這時所需的運行時間比重復(fù)執(zhí)行 n條指令的時間要大得多 ? 對于復(fù)執(zhí)不成功的情況，通常的處理辦法是發(fā)出 中斷 ，轉(zhuǎn)入錯誤處理程序，或?qū)Τ绦蜻M行復(fù)算，或重新組合系統(tǒng)，或放棄程序處理。 //讀入數(shù)據(jù) … } 2From3(x)。 靜態(tài)冗余 N版本程序設(shè)計法（ NVP） 動態(tài)冗余 恢復(fù)塊法 (RB) Q: 使用多個完全相同的軟件能夠?qū)崿F(xiàn)容錯嗎 軟件 N版本程序設(shè)計 ? 美加州大學(xué) Avizienis和 ? 基本思想 –對相同的要求 進行多個不同版本的設(shè)計 –對相同的初始條件和相同的輸入的操作結(jié)果實行表決（多數(shù)決定、一致決定） ? 針對的錯誤來源 ：設(shè)計人員對需求說明理解不正確、不完全導(dǎo)致的缺陷 ? 要求需求說明完全、精確 NVP的基本結(jié)構(gòu) P1 P2 P3 PN 表決器 輸入 版本 N 版本 1 “正確 ” 輸出 告警 冗余軟件的設(shè)計原則 ? 相異性 是指對實現(xiàn)同一功能的多版本產(chǎn)品，在制作時為防止出現(xiàn)共因故障而有意識地使之產(chǎn)生某種差異的性質(zhì)； ? 冗余版本之間相互屏蔽故障不能完全依靠背靠背編程（ 隨機相異 ）； ? 應(yīng)有意識地實行相異化編程（ 強制相異 ）： –相互獨立的不同人員 –不同的算法 –不同的編程語言 –不同的編譯程序 –不同的設(shè)計工具、測試方法 –…… 恢復(fù)塊法 M1 A1 A2 M2 A3 M3 MN AN 接收測試失效 基本塊 替換塊 接收測試 N 告警 輸入 接收測試 1 “正確 ” 輸出 成功 “正確 ” 輸出 恢復(fù)塊法 ? 恢復(fù)塊法適合只有一臺計算機的情況； ? 允許只對較為復(fù)雜、容易出故障的程序段進行冗余； ? 基本塊與替換塊的設(shè)計應(yīng) 盡可能相異 ； ? 接收測試 的作用非常重要，應(yīng)能檢測程序執(zhí)行結(jié)果與預(yù)期結(jié)果的偏離，或檢測和防止能觸發(fā)安全事故的輸出： –需求檢查法 –帳目檢查法 –合理性檢查法 –計算機運行時檢查法 信息容錯（檢錯及糾錯） ? 一般非關(guān)鍵信息可以使用 奇偶校驗碼 。 –例如不能用 01表示一級點火， 10表示二級點火， 11表示三級點火。 –如循環(huán)碼 ? 安全關(guān)鍵信息的決策判斷不得依賴于全 “ 1”或全“ 0”的輸入（尤其是從外部傳感器傳來的信息）。 SFMEA的優(yōu)缺點 ? 優(yōu)點： – 突出需要更改的部分 – 分析底層故障如何在整個系統(tǒng)中逐級向上傳播 – 分析應(yīng)在何處采取容錯、故障檢測和運行監(jiān)控等設(shè)計手段 – 識別將導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的單點故障 – 可以按照對設(shè)備和人員影響的嚴重程度對軟件失效嚴重性進行分級 ? 局限性： – 不能識別人為錯誤造成的潛在失效 – 作為一個工具尚未廣泛的應(yīng)用于對軟件錯誤的評估 – 用于分析路徑十分復(fù)雜或相互交聯(lián)的軟件時，SFMEA是一項繁瑣、勞動強度高的工作 SFMEA的基本概念 ? 軟件失效 就是泛指程序在運行中喪失了全部或部分功能、出現(xiàn)偏離預(yù)期的正常狀態(tài)的事件。 ? 軟件失效模式 指軟件失效的表現(xiàn)形式，即軟件失效發(fā)生的方式，有時也被描述為對設(shè)備運行產(chǎn)生的影響。 ? 軟件失效影響 是指軟件失效模式對軟件系統(tǒng)的運行、功能或狀態(tài)等造成的后果。 ? 對
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