ISO 26262-9:2018的第6章節(jié)對系統(tǒng)設(shè)計(jì)（ISO 26262-4）、硬件設(shè)計(jì)（ISO 26262-5）和軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)（ISO 26262-6）提出了“要素共存（Coexistence of Elements）"的要求。本文針對該概念進(jìn)行詳細(xì)講述，探討“要素共存"的內(nèi)在涵義，以及設(shè)計(jì)開發(fā)中針對其需要注意的地方。
級聯(lián)失效在討論“要素共存（Coexistence of Elements）"之前，先理解“級聯(lián)失效（Cascading Failure）"這個(gè)概念，ISO 26262-1:2018的3.17給出了“級聯(lián)失效（Cascading Failure）"的定義如下：
圖1：ISO 26262中對級聯(lián)失效的定義
（該截圖來源于ISO 26262-1:2018）
級聯(lián)失效（Cascading Failure）：在相關(guān)項(xiàng)里的一個(gè)要素的內(nèi)部或外部的一個(gè)原因，導(dǎo)致了一個(gè)失效，然后該失效又引起了另一個(gè)要素（在相同、或不同相關(guān)項(xiàng)里）產(chǎn)生了一個(gè)失效。簡單理解地說：要素A產(chǎn)生了一個(gè)故障，該故障導(dǎo)致要素B產(chǎn)生了一個(gè)故障，這種情況就是級聯(lián)失效。
在產(chǎn)品開發(fā)過程中（以MCU為例子），其內(nèi)部包括了多個(gè)不同功能和用途的IP（例如CUP、ADC、ROM、RAM、DMA、CAN、CLOCK等），盡管MCU內(nèi)部要素分配的最高ASIL等級是D，但基于假設(shè)開發(fā)時(shí)某些非安全相關(guān)的QM功能也都按照ASIL D開發(fā)只會導(dǎo)致開發(fā)難度急劇上升、成本上漲。理想的結(jié)果是，上層安全需求是什么ASIL等級，分配到的IP/模塊就按各自分配的安全需求最高ASIL等級開發(fā)，如下圖所示。
圖2：安全需求分配給不同的要素
但是在開發(fā)過程中，由于某一個(gè)安全功能可能是由不同的IP組合來實(shí)現(xiàn)的，而且一個(gè)IP可能也需要承擔(dān)多個(gè)安全功能一部分，這就導(dǎo)致了IP跟IP之間存在了一些耦合的因素，例如IP之間共享內(nèi)存、IP之間的通信，而且這種現(xiàn)象在開發(fā)過程中是幾乎無法避免的。例如圖2中IP_001和IP_002存在“交互"，在這里暫時(shí)先不關(guān)心“交互"的方式，先思考一個(gè)問題：這種“交互"會帶來什么問題？
結(jié)合第二節(jié)提及的“級聯(lián)失效（Cascading Failure）"，這里假設(shè)IP_002的存在某一個(gè)失效模式（開路、短路或卡滯），該失效可能會導(dǎo)致IP_001獲取到一個(gè)錯(cuò)誤的輸入，從而違背了某一個(gè)安全需求，因此IP_001和IP_002之間存在級聯(lián)失效。
為了避免出現(xiàn)上述問題，ISO 26262提出了“要素共存（Coexistence of Elements）"的概念，目的就是為了防止較低ASIL等級要素或QM要素的失效，導(dǎo)致較高ASIL等級要素失效，若滿足這條原則，我們就叫滿足要素共存準(zhǔn)則（Criteria for Coexistence of Elements）。
有了第三節(jié)的知識背景，理解“免于干擾（Freedom From Interference）"的概念就比較簡單了，先看ISO 26262對其的定義：
圖3：ISO 26262中對免于干擾的定義
（該截圖來源于ISO 26262-1:2018）
免于干擾（Freedom From Interference）：兩個(gè)及以上的要素之間不存在導(dǎo)致違背安全需求的級聯(lián)失效。例如，若經(jīng)過分析，圖2中的IP_002不會導(dǎo)致IP_001產(chǎn)生違背安全需求的失效，則IP_001免于IP_002干擾。
因此，免于干擾（Freedom From Interference）和級聯(lián)失效（Cascading Failure），其實(shí)就是一回事。非要分出個(gè)所以然的話，我們可以這樣來理解兩者之間的關(guān)系：免于干擾（Freedom From Interference）表征的是不同要素之間的一種關(guān)系屬性，而級聯(lián)失效（Cascading Failure）表征的是一個(gè)要素受到另一個(gè)要素的影響結(jié)果。有時(shí)候，針對免于干擾的分析我們也叫FFI（Freedom From Interference的縮寫）分析，目的就是為了找出架構(gòu)設(shè)計(jì)中的要素之間是否級聯(lián)失效（Cascading Failure）。
在進(jìn)行FFI分析時(shí)，分析團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)確定以下內(nèi)容已經(jīng)完成：
1) 考慮需要分析的安全需求；
2) 考慮需要分析的架構(gòu)；
3) 已分配安全需求的架構(gòu)要素及其子要素。
下面基于第3節(jié)的例子繼續(xù)討論，將不同ASIL等級的架構(gòu)要素（IP或模塊）按相應(yīng)等級分類，然后找到FFI的分析路徑，如圖4所示，圖中共顯示有三個(gè)分析路徑，即針對該要素中的子要素（IP_001~IP_003）進(jìn)行FFI分析時(shí)，應(yīng)考慮以下：
1) 分析路徑1：IP_002（ASIL B）對IP_001（ASIL D）的干擾；
2) 分析路徑2：IP_003（QM）對IP_002（ASIL B）的干擾；
3) 分析路徑3：IP_003（QM）對IP_001（ASIL D）的干擾。
圖4：識別FFI分析路徑
針對上述的分析路徑1，我們在第3節(jié)中已經(jīng)假設(shè)IP_002會引起IP_001級聯(lián)失效。對此，在產(chǎn)品架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮從以下方面進(jìn)行優(yōu)化：
1) 源頭杜絕。例如，切斷IP_001和IP_002之間的傳播路徑；
2) 持續(xù)檢查。若上述傳播路徑是不可避免的，則需要對IP_002或傳播路徑進(jìn)行周期性檢查，以確保IP_001正常執(zhí)行安全功能；
3) 事后補(bǔ)救。最差的情況，如果“級聯(lián)失效（Cascading Failure）"無法避免，即上面兩種情況都不能實(shí)現(xiàn)，則應(yīng)制定針對IP_001失效以后的處理機(jī)制，例如檢測到IP_001失效后進(jìn)入安全狀態(tài)。
針對其他的分析路徑，若分析得出存在級聯(lián)失效（Cascading Failure）的可能，則同樣可按照上述方式進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。針對上述分析路徑1~分析路徑3中的“干擾"，將在下期內(nèi)容《ISO 26262中的相關(guān)失效分析》進(jìn)一步講述，如果得出這些干擾源。
廣電計(jì)量在汽車、鐵路系統(tǒng)產(chǎn)品檢測方面擁有豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和成功案例，能為主機(jī)廠、零部件供應(yīng)商、芯片設(shè)計(jì)企業(yè)提供整機(jī)、零部件、半導(dǎo)體、原材料等全面的檢測、認(rèn)證服務(wù)，保障產(chǎn)品的可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性。
廣電計(jì)量擁有技術(shù)先進(jìn)的功能安全團(tuán)隊(duì)，專注于功能安全（包括工業(yè)、軌道、汽車、集成電路等領(lǐng)域）、信息安全和預(yù)期功能安全領(lǐng)域的專家，具有豐富的集成電路、零部件和整機(jī)功能安全實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，可根據(jù)相應(yīng)行業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)為不同行業(yè)的客戶提供培訓(xùn)、檢測、審核和認(rèn)證一站式服務(wù)。
圖5：功能安全項(xiàng)目實(shí)施流程
地址：廣州市番禺區(qū)石碁鎮(zhèn)創(chuàng)運(yùn)路8號廣電計(jì)量科技產(chǎn)業(yè)園
電話：400-602-0999
郵箱：limx3@grgtest.com
傳真：
點(diǎn)擊交流