69、嵌入式系统的可靠性、可用性与测试策略

嵌入式系统的可靠性、可用性与测试策略

1. 硬件可靠性

1.1 故障与失效

在嵌入式系统中，小故障并不一定会导致严重后果。故障指的是硬件门电路故障、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，就产生了错误。而失效则是指错误导致系统实际运行与预期出现明显偏差。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，错误演变为失效，即使系统存在多个故障，也能保持可靠运行。

1.2 可靠性

可靠性是指系统在开机若干小时后仍能正常工作的概率。系统开机时间越长，出现错误的可能性就越大，可靠性也就越低。重启系统会开启一个新的可靠性时间间隔，前提是自测试程序能确保系统在新的时间间隔开始时没有残留故障。

以喷气式飞机为例，喷气发动机每小时都有一定的故障概率，飞行时间越长，发动机出现故障的可能性就越大。对于单引擎飞机，从起飞到降落期间发动机不能出现故障，这段飞行时间就是任务时间。若某次特定飞行的可靠性为 99.99%，则意味着 10000 次该长度的飞行中，有 9999 次能成功降落且发动机无故障。

可靠性的计算公式为：假设组件每小时的故障率为 λ，连续运行 t 小时（即任务时间为 t）的可靠性为 (R(t)=e^{-\lambda t})。该公式的指数形式使得长任务的高可靠性难以实现，随着 t 的增大，可靠性会迅速下降。

1.3 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。

当 λ = 0.001（即每 1000 小时发生一次故障）时，并不意味着系统在 1000 小时的任务