【摘要】：目前,嵌入式系統(tǒng)在航空、航天、醫(yī)療等安全關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,安全關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)η度胧较到y(tǒng)的可靠性需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般領(lǐng)域,且要求愈來愈高。如何保障嵌入式系統(tǒng)的可靠性已成為國內(nèi)外眾多學(xué)者重視的研究熱點之一。如果能夠在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)早期階段,即設(shè)計階段就能對可靠性進(jìn)行嚴(yán)格的驗證,無疑可大幅度降低嵌入式系統(tǒng)后期的測試和維護(hù)成本。因此,很有必要研究嵌入式系統(tǒng)開發(fā)早期階段的可靠性建模、評估和定量分析的技術(shù),以減少嵌入式系統(tǒng)潛在的軟件錯誤和硬件缺陷。論文主要研究工作及成果如下:(1)為了對嵌入式軟件的可靠性進(jìn)行建模與評估,建立了一種結(jié)合Z和AADL的嵌入式軟件可靠性模型ZARM(combining Z and AADL Reliability Model)。相較于已有模型,ZARM是一種從故障元素、靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為三個維度來對可靠性進(jìn)行刻畫的綜合模型。為了對ZARM模型進(jìn)行可靠性定量評估,提出了一種基于DTMC的嵌入式軟件可靠性概率模型檢測方法。將ZARM模型刻畫為一個DTMC,結(jié)合MC平穩(wěn)分布的性質(zhì),計算得出嵌入式軟件狀態(tài)概率的平穩(wěn)分布,由此得出其可靠性評估結(jié)果。最后,通過一個嵌入式軟件實例說明了ZARM建模過程及評估方法的應(yīng)用。(2)為了對嵌入式硬件的可靠性進(jìn)行建模與評估,建立了一種基于Z語言的嵌入式硬件可靠性模型ZHRM(Z-based Hardware Reliability Model)。與現(xiàn)有模型相比,ZHRM采用分級建模的方式,從嵌入式硬件的構(gòu)成出發(fā),以硬件功能模塊為單位,為嵌入式硬件系統(tǒng)建立可靠性模型。為了對ZHRM的可靠性進(jìn)行分析和定量評估,提出了一種基于CTMC的嵌入式硬件可靠性評估方法。設(shè)計了ZHRM到CTMC的轉(zhuǎn)換規(guī)則,CTMC中描述了狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系和轉(zhuǎn)移概率,通過CTMC可以計算得出嵌入式硬件在某一個時刻處于各個狀態(tài)的概率,并由此識別出可靠性關(guān)鍵功能模塊。最后,通過一個嵌入式硬件實例說明了建模ZHRM建模過程及評估方法的應(yīng)用。(3)在上述研究成果的基礎(chǔ)上,建立了一個嵌入式系統(tǒng)可靠性建模與評估框架,基于eclipse設(shè)計并初步實現(xiàn)了該建模與評估集成平臺。該平臺包含了三個子系統(tǒng),模型轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)、ZARM建模與評估子系統(tǒng)和ZHRM建模與評估子系統(tǒng)。平臺功能和性能的測試結(jié)果表明了該平臺能夠在較小的時間消耗下對嵌入式系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評估,相比其他方法能夠大幅度縮短可靠性驗證時間。
【圖文】：

圖 4-8 CM 模塊處于失效狀態(tài)的概率變化曲線000h時，，_(10000) 0.99873CM FP ，而在參考文獻(xiàn)[85]中計算得9883，誤差大約為 0.01%。這說明了本文方法的有效性和正確性。 ESH 的可靠性評估與關(guān)鍵模塊識別.3 小節(jié)中同樣的方法，能夠求解得到 EABC 中其余 6 個 HFM 的表 4-5 中列出了當(dāng)時間 t=10000h 時，EABC 中所有 HFM 的可并且給出了利用參考文獻(xiàn)[85]的方法的評估結(jié)果與本文方法進(jìn)行碼位將在下文介紹其含義和作用。表 4-5 EABC 各 HFM 在 t=10000h 時的可靠度和修復(fù)概率編碼位 模塊 修復(fù)概率 可靠度 可靠度（文獻(xiàn)[85]）0ICM 0.12782 0.99988 0.999881MCU 0.19848 0.99987 0.999882MM 0.06946 0.99864 0.998683PM 0.06472 0.99836 0.99864

4-18）EABC 每個狀態(tài)的一步轉(zhuǎn)移計算方式拒與上述相同。利用 MATLAB 可以求得式（4-13）的解，圖 4-10 所示是 EABC 在 t=10000h 時的狀態(tài)概率分布。圖 4-10 EABC 在 t=10000h 時的狀態(tài)概率分布從圖 4-10 中可以看出，除狀態(tài) 127（1111111）外，狀態(tài) 35（0100011）具有最高概率 0.11773，對其狀態(tài)編碼分析，其 i5、i1和 i0為 1，表示 OM 模塊、MCU 模塊和 ICM 模塊失效，則這三個模塊為 EABC 的可靠性關(guān)鍵模塊。4.6 本章小結(jié)本章首先對嵌入式硬件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，以硬件功能模塊為單位對其進(jìn)行了抽象定義；然后
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP368.1;TP311.5

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本文編號：2629628