嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度的完善措施

1、    嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度的完善措施    摘要：文章經(jīng)過對嵌入式電子信息系統(tǒng)工作原理的分析，建立了嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度約束模型，優(yōu)化了嵌入式電子信息系統(tǒng)的失效率、故障密度函數(shù)、可用度及平均壽命，并算出了最佳狀態(tài)下的可靠度參數(shù)。實驗結果表明：新的可靠度優(yōu)化方法具有一定的實用性，提高了嵌入式系統(tǒng)的可用度、建模準確度及使用壽命，優(yōu)化了嵌入式系統(tǒng)。關鍵詞：電子信息系統(tǒng)；嵌入式；優(yōu)化措施；可靠度；約束模型 文獻標識碼：a中圖分類號：tp23 文章編號：1009-2374（2017）11-0102-02 doi：10.13535/ki.11-4406/n

2、.2017.11.052嵌入式是單片機的升級版，同時也是目前熱門的研究領域。現(xiàn)如今電子設備的研發(fā)已經(jīng)趨于穩(wěn)定，嵌入式系統(tǒng)的應用范圍也進一步擴大，所以嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)過程逐漸趨于復雜化，系統(tǒng)所依托的軟硬件技術也在飛速發(fā)展。將電子信息系統(tǒng)和嵌入式結合之后，其可以廣泛運用于交通控制、國防建設、航天航空以及核電能源等安全的關鍵領域，發(fā)揮出無法代替的作用。嵌入式系統(tǒng)的可靠度無法確保的最主要原因是系統(tǒng)受到系統(tǒng)理論、開發(fā)技術及保障技術等因素的限制。正是由于這個原因，用戶對于系統(tǒng)的可靠性便產(chǎn)生了很大的質疑，因此該領域受廣大學者關注、亟待解決的問題即是如何提高嵌入式相關電子信息系統(tǒng)的可靠度。以此為基礎，本文詳盡

3、探討、分析嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度的完善措施。1 系統(tǒng)可靠度問題的產(chǎn)生外部需求日益增多和技術的不斷增強，使得嵌入式系統(tǒng)的功能也得到了逐步擴展，系統(tǒng)規(guī)模日漸復雜與龐大，同時系統(tǒng)的故障率和缺陷也不斷增多。圖1所示為嵌入式電子信息系統(tǒng)的組成結構。嵌入式電子信息系統(tǒng)的硬件是影響其可靠度的主要因素。硬件的組成具有多樣性的特點，一般的小系統(tǒng)僅有16kb的程序空間和1kb的數(shù)據(jù)空間；而一般的大系統(tǒng)其flashmemory可以達到32mb，sram可以達到128mb，原因是其一般都具有特定的應用目標；如果系統(tǒng)的實時性要求較高，則其需具備工作頻率1ghz的64位處理器；i/o端口、外設器件及圖形控制器等硬件部分

4、的性能不同也會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。計算機系統(tǒng)是利用硬盤來存取信息，而嵌入式電子信息系統(tǒng)則不同，其主要的存儲介質是eeprom、eprom及閃存。大多數(shù)情況下，操作系統(tǒng)和應用程序共同組成了嵌入式電子信息系統(tǒng)的計算結構，其主要的功能是：為應用程序提供統(tǒng)一的系統(tǒng)接口，對計算中硬件存在的差異進行補平，完成任務調度、內存管理的控制，然而其軟件的不穩(wěn)定與硬件的不兼容均會導致可靠度降低。因為系統(tǒng)的應用程序需要在eos基礎上完成特定的任務，嵌入式系統(tǒng)本身自帶rom的容量有限，但是嵌入式電子信息系統(tǒng)本身卻沒有自舉開發(fā)功能，因此用戶就必須借助環(huán)境和一套開發(fā)工具進行二次開發(fā)，這也會降低系統(tǒng)的可靠度。經(jīng)過上述分析

5、可知，導致嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度不穩(wěn)定的主要原因有：（1）硬件環(huán)境的不穩(wěn)定。整個嵌入式電子信息系統(tǒng)中應用程序和操作系統(tǒng)的平臺即為硬件環(huán)境，不同的應用程序對硬件環(huán)境的要求不同，導致了硬件環(huán)境的多樣性，進而造成嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度的不穩(wěn)定；（2）嵌入式操作系統(tǒng)的不穩(wěn)定。操作系統(tǒng)可以完成嵌入式應用的控制和任務調度等核心功能，嵌入式芯片具有可配置、內核精簡、相對穩(wěn)定及與高層應用緊密關聯(lián)等特點，但是芯片與系統(tǒng)兼容性上存在的較大問題，導致了可靠度的不穩(wěn)定；（3）嵌入式應用程序的不穩(wěn)定。即便操作系統(tǒng)提供了較為完整的嵌入式運行結構，但由于操作系統(tǒng)上的各個程序編程環(huán)境不相同，差異化的應用程序也會降低系統(tǒng)的

6、可靠度。2 系統(tǒng)可靠度優(yōu)化建模2.1 平均壽命的約束衡量嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度的一個關鍵因素就是系統(tǒng)的平均使用壽命。設嵌入式電子信息系統(tǒng)的任意一個過程為，符合約束條件，對應的隨機變量為，狀態(tài)集為，且為正態(tài)分布，那么在狀態(tài)已知的條件下，不會影響到系統(tǒng)中的條件概率，其只受到所處的狀態(tài)的影響，所以可用來表示此時的平均壽命，式中：t為系統(tǒng)工作時間。2.2 失效率的約束與優(yōu)化嵌入式在某時間段內出現(xiàn)失效的概率就是嵌入式電子信息系統(tǒng)失效率的定義，失效的概率的計算方法如下：用系統(tǒng)工作了t時間后，單位時間段內發(fā)生失效的設備數(shù)比時刻t仍正常工作設備數(shù)，計算表達式為，式中：為失效設備數(shù)；為t時刻仍正常工作的設備數(shù)

7、。嵌入式系統(tǒng)的失效期可分為三個時期：早期失效期、偶然失效期、特定失效期。早期失效期的失效率相對較高，但可以利用內部調整的方法對其進行消除；偶然失效期是系統(tǒng)運行最穩(wěn)定的時期，系統(tǒng)發(fā)生故障率較低且很穩(wěn)定，該時期內系統(tǒng)發(fā)生的大部分失效是由于受到偶然因素（如突然過載等）的影響，且失效的概率較低；特定失效期大多是由系統(tǒng)的使用時間過長等因素造成的，如果能夠預測發(fā)生損耗的時間，就可以進行及時調整以降低失效率。2.3 故障密度函數(shù)的約束與優(yōu)化故障密度函數(shù)可以作為一項約束條件，原因是故障密度可以對嵌入式系統(tǒng)進行有效的檢測。設為時刻t到時間段內系統(tǒng)發(fā)生故障的次數(shù)，為嵌入式電子信息系統(tǒng)的硬件總數(shù)，則式：即為嵌入式電

8、子信息系統(tǒng)的最小故障密度約束函數(shù)。為了減少系統(tǒng)故障次數(shù)，運用積分奇異性半解析處理方法對嵌入式電子信息系統(tǒng)的故障密度函數(shù)進行優(yōu)化，經(jīng)過優(yōu)化的系統(tǒng)故障密度函數(shù)為。2.4 可用度的優(yōu)化模型假設系統(tǒng)表示系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，系統(tǒng)表示系統(tǒng)處于可使用狀態(tài)，則式表示此時系統(tǒng)的可用度模型，在得到可用度模型之后，利用積分對系統(tǒng)可用度進行優(yōu)化，優(yōu)化過后表示模型，對上述指標進行優(yōu)化后，可以其為基礎建立嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度模型。設嵌入式電子信息系統(tǒng)的壽命和發(fā)生故障后的維修時間均呈現(xiàn)指數(shù)分布，則維修后的系統(tǒng)壽命分布不發(fā)生變化。因此式即為整個系統(tǒng)的可靠度數(shù)學模型，式中：k為非故障模塊數(shù)量；b為系統(tǒng)的故障概率。3 實驗結果

9、分析3.1 可用度分析由實驗可知，在045min時間段內可用度一直呈現(xiàn)升高趨勢，但在45min后突然開始下落，而且無法再次升高，導致其平均可用度約為32%；運用上述提出的可用度優(yōu)化方法進行處理后，在035min時間段內，可用度的升高雖然較為緩慢，但在35min后卻快速升高，而且沒有二次下落，平均可用度提升到了57%，平均可用度提高了25%。3.2 平均壽命在系統(tǒng)消耗功率相同的前提條件下，使用上述的可靠度優(yōu)化方法進行處理之后，其平均壽命一直處于波動狀態(tài)，且總體平均壽命呈現(xiàn)下滑趨勢。3.3 故障率在系統(tǒng)運行硬件配置相同的前提條件下，使用改進可靠度優(yōu)化方法對實驗進行分析，其故障率隨著使用時間的增加而增加；使用上述所提出的方法時，雖然故障率也是隨使用時間的增加而增加，但是其故障率增加有限。3.4 失效率運用改進的系統(tǒng)可靠度優(yōu)化方法對失效率進行對比分析，其失效率一直處于波動狀態(tài)，穩(wěn)定性較差；使用上述的改進方法時，其失效率一直處于波動下落的狀態(tài)，而且在70min之后再無升高，使其最終失效率降低到14%，因此此方法具有一定的優(yōu)勢。4 結語本文提出了一種有效的優(yōu)化嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度的方法，經(jīng)過對嵌入式電子信息系統(tǒng)的工作原理的分析，分別對嵌入式電子信息系統(tǒng)故障密度函數(shù)、可用度