技術(shù)干貨| ISO 26262中的要素共存和免于干擾

時間：2023/11/23閱讀：1524

ISO 26262-9:2018的第6章節(jié)對系統(tǒng)設(shè)計（ISO 26262-4）、硬件設(shè)計（ISO 26262-5）和軟件架構(gòu)設(shè)計（ISO 26262-6）提出了“要素共存（Coexistence of Elements）"的要求。本文針對該概念進行詳細講述，探討“要素共存"的內(nèi)在涵義，以及設(shè)計開發(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)項里的一個要素的內(nèi)部或外部的一個原因，導致了一個失效，然后該失效又引起了另一個要素（在相同、或不同相關(guān)項里）產(chǎn)生了一個失效。簡單理解地說：要素A產(chǎn)生了一個故障，該故障導致要素B產(chǎn)生了一個故障，這種情況就是級聯(lián)失效。

要素共存準則

在產(chǎn)品開發(fā)過程中（以MCU為例子），其內(nèi)部包括了多個不同功能和用途的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)時某些非安全相關(guān)的QM功能也都按照ASIL D開發(fā)只會導致開發(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，由于某一個安全功能可能是由不同的IP組合來實現(xiàn)的，而且一個IP可能也需要承擔多個安全功能一部分，這就導致了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"，在這里暫時先不關(guān)心“交互"的方式，先思考一個問題：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的存在某一個失效模式（開路、短路或卡滯），該失效可能會導致IP_001獲取到一個錯誤的輸入，從而違背了某一個安全需求，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則（Criteria for Coexistence of Elements）。

免于干擾

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）：兩個及以上的要素之間不存在導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），其實就是一回事。非要分出個所以然的話，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）表征的是一個要素受到另一個要素的影響結(jié)果。有時候，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)計中的要素之間是否級聯(lián)失效（Cascading Failure）。

FFI

在進行FFI分析時，分析團隊應確定以下內(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，圖中共顯示有三個分析路徑，即針對該要素中的子要素（IP_001~IP_003）進行FFI分析時，應考慮以下：

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)計時，需要考慮從以下方面進行優(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或傳播路徑進行周期性檢查，以確保IP_001正常執(zhí)行安全功能；

3) 事后補救。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現(xiàn)，則應制定針對IP_001失效以后的處理機制，例如檢測到IP_001失效后進入安全狀態(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行設(shè)計優(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》進一步講述，如果得出這些干擾源。

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