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在上一期文章中，我們講述了關(guān)于功能安全軟件的管理方法，在本期文章就功能安全的軟件架構(gòu)如何設(shè)計進(jìn)行闡述。
一
功能安全型軟件架構(gòu)的考量
軟件架構(gòu)是指能夠定義軟件的主要組件（模塊）和子系統(tǒng)，包括它們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)內(nèi)部連接，如何實(shí)現(xiàn)所要求的屬性，尤其是安全完整性等級的分配，因為如果多個軟件子系統(tǒng)或者模 塊執(zhí)行不同的安全功能，其所需要的或者所分配的安全完整性等級（依據(jù)風(fēng)險分析）可能不同。
例如，某功能安全型轉(zhuǎn)速變送器，用于測量汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，假設(shè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在0～3000轉(zhuǎn)/分鐘之間屬于正常范圍，通過4-20mA傳輸該信號范圍；如果大于3000轉(zhuǎn)/分鐘則啟動報警信號。我們在分配軟件安全完整性等級的時候可以把兩種方式都定義為SIL3，當(dāng)然如果這么做會存在兩個問題：1設(shè)計難度2產(chǎn)品價格，所以如果經(jīng)過綜合分析并出于危害程度的影響考量軟件構(gòu)架指的是什么，顯然報警的功能級別應(yīng)高于正常范圍傳輸信號的功能級別，因此可以將模擬傳輸?shù)牡燃壎x為SIL2，數(shù)字量報警的等級定義為SIL3 。
圖1，軟件安全完整性架構(gòu)示例
此外，還需要定義軟件的整體行為包括：軟件組件的接口、相互作用、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、EUC 輸入/輸出子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、應(yīng)用程序、編程和診斷工具等。
二
功能安全型軟件架構(gòu)設(shè)計
在定義完成軟件架構(gòu)（包括軟件安全完整性與安全功能）之后，可以著手具體去實(shí)現(xiàn)所定義的架構(gòu)，主要設(shè)計方式包括如下：
以圖形化的方式將架構(gòu)設(shè)計分層進(jìn)行
1
如圖2，3所示，通過圖表舉例闡述一個典型的變送器軟件架構(gòu)分層情況，圖2描述基于單體變送器產(chǎn)品的整體軟件架構(gòu)分配，圖3基于整體分配中的一項計算任務(wù)再次進(jìn)行分配架構(gòu)的層次，用以表達(dá)以圖形化的方式進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計的分層方法，如果要再進(jìn)一步分層就可以在函數(shù)模塊中分配單元，變量，編碼等執(zhí)行層面。
圖2，某變送器軟件架構(gòu)示例
圖3，任務(wù)子架構(gòu)示例
控制流的設(shè)計，定義控制方式如何執(zhí)行
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a) 順序輪詢----安全任務(wù)通過預(yù)先設(shè)定完成的時間周期以恒定的速度執(zhí)行，如果發(fā)生時間溢出或者“跑飛”通過窗口或者獨(dú)立看門狗進(jìn)行監(jiān)視與恢復(fù)，通常早期51 單片機(jī)的WHILE 1（）大循環(huán)模式是該架構(gòu)的最直觀體現(xiàn)。
b)時間觸發(fā)----安全任務(wù)通過同步時鐘執(zhí)行，所有運(yùn)行內(nèi)容均基于時鐘總線（時鐘樹），在預(yù)先定義完成的時間節(jié)點(diǎn)完成各子系統(tǒng)或者模塊的功能。
c)事件觸發(fā)----當(dāng)外部或者內(nèi)部的信號以及標(biāo)志位來臨時，立即進(jìn)入安全功能的執(zhí)行狀態(tài)，在保證安全功能作為第一優(yōu)先級被成功執(zhí)行之后再回到現(xiàn)場，執(zhí)行先前的功能，更簡易的理解可以被解釋為“出入堆棧”。
分配存儲方式
3
在功能安全標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)烈推薦的方式是靜態(tài)分布存儲也就是在系統(tǒng)或者產(chǎn)品運(yùn)行之初就已經(jīng)將所有需要使用的存儲器（寄存器）依照地址分配完成，竟可能少的使用指針變量進(jìn)行動態(tài)讀取，這種方法的好處不言而喻，穩(wěn)定可靠，極少數(shù)不可預(yù)見的地址沖突；壞處也當(dāng)然存在，耗費(fèi)較多資源，“造價不菲”。除此之外，標(biāo)準(zhǔn)也并沒有絕對的限制動態(tài)存儲分配軟件構(gòu)架指的是什么，如果必須要使用到動態(tài)的設(shè)計方法，那么同時伴隨設(shè)計進(jìn)行的影響分析包括動態(tài)、共因等方面是不可或缺的一部分。
綜述，本文就功能安全型軟件設(shè)計方法----架構(gòu)設(shè)計，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的推薦向大家進(jìn)行介紹并通過一些例證具體闡述其實(shí)現(xiàn)過程，也希望在今后的文章中與大家在設(shè)計方面做更多深入溝通與交流。借此機(jī)會預(yù)祝讀者們春節(jié)快樂闔家幸福萬事如意！
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