85、嵌入式系统的可靠性、安全性与监控机制

嵌入式系统的可靠性、安全性与监控机制

1. 嵌入式系统的可靠性

1.1 可靠性概述

嵌入式系统的可靠性是指系统在给定时间内无故障运行的能力。可靠性和可用性是嵌入式系统可靠性的两个重要方面。可靠性是指系统在开启后一段时间内仍能正常工作的概率，而可用性是指系统在任何给定时刻正常运行的概率。

1.2 硬件可靠性

1.2.1 故障与失效

硬件故障是指硬件门电路故障、内存位损坏或软件遇到错误代码行等情况。当故障导致计算结果错误时，就会出现错误。而当错误导致系统的运行与预期出现明显偏差时，就会发生失效。不过，并非所有错误都会导致失效，只要采取措施防止故障演变为错误，以及错误演变为失效，即使系统存在许多故障，也能保证其可靠性。

1.2.2 可靠性计算

对于硬件，可靠性可以通过假设随机独立故障来计算。如果组件每小时的故障率为λ，那么连续运行t小时的可靠性为：
[R(t) = e^{-\lambda t}]
这种指数形式的方程使得长时间任务的高可靠性很难实现，随着t的增大，可靠性会迅速下降。

1.2.3 可靠性与MTBF

平均无故障时间（MTBF）是指系统无故障运行的平均时长。MTBF越长，系统的可靠性越好。例如，当λ为0.001（即每1000小时发生一次故障）时，运行1000小时后，只有约37%的系统仍能正常工作。这意味着，如果在嵌入式系统中使用MTBF为1000小时的硬件组件，预计63%的系统在使用1000小时之前该组件就会失效。

不同MTBF对应的不同可靠性水平的任务时间如下表所示：
| MTBF (hr