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ISO 26262功能安全標準體系解讀

2023年3月17日

汽車功能安全標準于2011年作為ISO標準正式頒布,此后,汽車業(yè)界開始采納應(yīng)用該標準。


雖然標準的采納是自愿的,但在這樣的背景和趨勢之下,無論是汽車廠商還是零部件供應(yīng)商,為了滿足ISO 26262的要求,要盡快調(diào)整體制,完善規(guī)章制度,構(gòu)筑基于規(guī)格的生產(chǎn)流程,并由負責(zé)ISO 26262認證的第三方機構(gòu)進行認證。


一、功能安全

什么是功能安全?所謂的“功能安全”,就是通過安全功能和安全措施來避免不可容許的功能風(fēng)險的技術(shù)總稱。功能安全(Function Safety)的“功能”指的是監(jiān)控受控對象和控制器的安全裝置起的作用。通常我們將計算機作為安全裝置,如果控制器發(fā)生故障,則該計算機將會關(guān)閉受控對象,并向用戶發(fā)出危險警告。安全裝置所實現(xiàn)的這種安全性作用,被稱為“功能安全”。功能安全可以說是通過使用計算機等的安全裝置所設(shè)計出的安全措施。

但是,在這里不得不提醒大家,安全本身并不是通過增加某種電子安全設(shè)備來保證的,而是通過“去除”導(dǎo)致危險發(fā)生的設(shè)計或機械故障的安全機制來保證。這種安全機制被稱為“本質(zhì)安全”。


舉個栗子,這是一個非常經(jīng)典的例子:

比如在鐵路道口,我們常常有這樣的危險顧慮,就是有人或者車輛進入到了鐵道入口,和火車相撞,導(dǎo)致死亡。“本質(zhì)安全”就是從根本上避免危險的措施,把危險源直接“除掉”,方法是可以把這個鐵道道口改為立交橋。但是在某些情況或某些制約下,不能把鐵道道口“除掉”,自然就會想到附加一個安全設(shè)施,這就是功能安全。因為某些制約,不得不設(shè)置鐵路道口,但大家還要想避免這樣的交通事故,那怎么辦呢?這是功能安全。


歐美已經(jīng)頒布了成套的功能安全相關(guān)產(chǎn)品指令和設(shè)計標準,并深入到各個領(lǐng)域,在核電行業(yè)、石油、化工、電廠等過程工業(yè),工業(yè)機器、電梯扶梯、智能電網(wǎng)、家電軟件評估、汽車行業(yè)、醫(yī)療軟件評估領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。


這里,我們只談汽車功能安全。


二、功能安全制定的歷程


功能安全標準化的運動起源于20世紀90年代。


上世紀70年代開始,隨著各種現(xiàn)代化及其的使用,以及工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化程度越來越高,以電氣、電子、可編程電子產(chǎn)品的大量應(yīng)用為標志的現(xiàn)代化控制系統(tǒng)越來越多的滲透到各個領(lǐng)域,參與著各種控制過程。


但是,工業(yè)文明在給人類帶來利益的同時,也帶來了災(zāi)難。由于系統(tǒng)設(shè)計不合理、設(shè)備元器件故障或失效、軟件系統(tǒng)的故障導(dǎo)致的事故、人身傷害、環(huán)境污染,越來越頻繁的危及著我們的生命安全和賴以生存的環(huán)境。


人們開始認識到,必須采取措施,用標準和法規(guī)來規(guī)范領(lǐng)域內(nèi)安全相關(guān)系統(tǒng)的使用,使技術(shù)在安全的框架內(nèi)發(fā)展,使人類既能盡可能享受新技術(shù)帶來的安全和舒適,同時又能掌控危險。功能安全標準研究從此展開。


然而,安全控制系統(tǒng)或設(shè)備執(zhí)行安全功能時的可靠性問題,限制了用戶使用新技術(shù)的積極性。由于沒有公認的評價體系,制造商很難說服用戶使用新技術(shù),尤其在關(guān)系人身財產(chǎn)安全的重要領(lǐng)域使用新技術(shù)。另外,不同行業(yè)對安全要求的不同,也限制了安全設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。制造商迫切需要一個公認的標準來建立一個與用戶對接的公共平臺。


于是,2000年5月,國際電工委員會正式發(fā)布了IEC61508標準,名為《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》。


IEC61508中,系統(tǒng)中的安全設(shè)備(減少風(fēng)險的手段)由中繼控制器或PLC(Programmable logic控制器)等設(shè)備構(gòu)成,我們把安全設(shè)備將實現(xiàn)其安全功能的可靠性的概率稱為安全完整性水平,即SIL(Safety Integrity Level)。換句話說,基于這個等級標準,即,如果與構(gòu)成安全系統(tǒng)的部件的故障率低,則由此構(gòu)成的整個安全系統(tǒng)的故障率也是低的。


但是,有一種觀點認為,在SIL定義中加入概率因素并不合適的。為什么不合適呢?那是因為功能安全標準不僅涉及了硬件部分,還涉及了軟件部分。僅論硬件故障發(fā)生的概率,除了初始故障和損耗故障以外,偶發(fā)故障基本是隨機發(fā)生的,如果把設(shè)計錯誤分開,那么加入概率因素是非常合適的。與此相對的軟件故障可不是隨機的了,所以軟件故障(bug)是很難去計算其發(fā)生的概率的。例如,如果軟件的設(shè)計中混入了bug,只要其發(fā)生路徑和條件具備,那么故障的發(fā)生概率就是百分百!


針對這個問題,對IEC 61508重新修訂制定了ISO 26262標準。2011年11月,ISO 26262正式頒布。


ISO 26262 不同于 IEC 61508,它“不是一個可靠性標準”,它并沒有為可接受失效概率設(shè)定準確的數(shù)字。ISO 26262基于概率論的定量危害分析僅限適用于硬件,其次,基于目標產(chǎn)品的使用條件和使用方法,針對整個系統(tǒng)進行危害分析和風(fēng)險評估,識別出系統(tǒng)危害并對危害的風(fēng)險等級——ASIL等級(Automotive Safety Integration Level,汽車安全完整性等級)進行評估。IEC 61508定義了安全完整性等級 (SIL),而 ISO 26262 則定義了汽車安全完整性等級 (ASIL)。


ASIL有四個等級,分別為A,B,C,D,其中A是最低的等級,D是最高的等級。然后,針對每種危害確定至少一個安全目標,安全目標是系統(tǒng)的最高級別的安全需求,由安全目標導(dǎo)出系統(tǒng)級別的安全需求,再將安全需求分配到硬件和軟件。ASIL等級決定了對系統(tǒng)安全性的要求,ASIL等級越高,對系統(tǒng)的安全性要求越高,為實現(xiàn)安全付出的代價越高,意味著硬件的診斷覆蓋率越高,開發(fā)流程越嚴格,相應(yīng)的開發(fā)成本增加、開發(fā)周期延長,技術(shù)要求嚴格。


三、ISO 26262是什么


ISO 26262是針對汽車電子的功能安全標準。


車載電子系統(tǒng),即車輛所搭載的電子設(shè)備和計算機(包括軟件),是ISO 26262的直接認證目標對象。在今年頒布的第二版ISO 26262中,車輛對象范圍還擴大到了到巴士、卡車、兩輪車輛。


ISO 26262的目的是確?!鞍踩保瑸榱藢崿F(xiàn)這個目的,不僅要考慮ISO26262直接針對的電子系統(tǒng),還要考慮構(gòu)成電子系統(tǒng)的其他元件是否安全。此外,還必須明確ISO 26262的應(yīng)用場景,從整體上確保車載電子系統(tǒng)的安全性。


圖1為ISO 26262的體系結(jié)構(gòu)



ISO 26262的內(nèi)容包括:

Part 1:定義術(shù)語

Part 2:功能安全管理

Part 3:概念階段

Part 4:產(chǎn)品開發(fā):系統(tǒng)層面

Part 5:產(chǎn)品開發(fā):硬件層面

Part 6:產(chǎn)品開發(fā):軟件層面

Part 7:生產(chǎn)、運行、服務(wù)和報廢

Part 8:支持過程

Part 9:基于ASIL和安全的分析

Part 10:ISO 26262導(dǎo)則

Part 11:半導(dǎo)體應(yīng)用指南


Part 1是定義標準中使用的術(shù)語的詞匯表。


Part 2中的功能安全管理定義了涉及安全相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)的組織和人員應(yīng)滿足的要求。


在Part 3概念階段,ISO 26262給出去了災(zāi)害分析和風(fēng)險評估的要求。主要做三件事:項目定義、安全生命周期初始化、災(zāi)害分析和風(fēng)險評估。


在Part 3中獲得的安全需求,將在技術(shù)安全中詳細說明,并分解在Part 4系統(tǒng)層面的安全設(shè)計中。然后,根據(jù)硬件和軟件層面的開發(fā)安全要求(Part 5和6)進行系統(tǒng)集成,最后對系統(tǒng)級功能安全進行測試驗證。


在開發(fā)階段,完成系統(tǒng)級產(chǎn)品設(shè)計后,將技術(shù)安全需求規(guī)范分解到相應(yīng)的軟硬件技術(shù)安全需求規(guī)范里,進而開展軟硬件級產(chǎn)品設(shè)計,而在硬件層面(Part 5),必要的活動和產(chǎn)品開發(fā)過程包括技術(shù)安全概念的硬件實現(xiàn)、潛在的硬件故障及影響分析、與軟件開發(fā)的協(xié)調(diào)。


在Part6的軟件層面開發(fā)中,通過V字模型流程,遵循技術(shù)安全概念,實施軟件安全要求的導(dǎo)出、軟件架構(gòu)設(shè)計、軟件單體設(shè)計和細化。并在此基礎(chǔ)上實施編碼,完成編碼后,進行軟件單元測試,軟件集成(模塊組合)和集成測試,以及軟件安全要求的驗證。


Part 7規(guī)定了直到廢棄前的批量生產(chǎn)、服務(wù)、市場監(jiān)管的安全要求。


Part 8規(guī)定了對供應(yīng)商的開發(fā)委托要求,所要支持的系統(tǒng)過程(安全要求的管理、配置管理、變更管理、驗證、書面化),以及軟件工具認證、軟件組件認證、硬件組件規(guī)定與認證有關(guān)的要求,對多個過程進行橫向參與。


Part 9提供了關(guān)于ASIL認定和技術(shù)分析方法的指導(dǎo),并且與第8部分一樣,涉及多個流程。


Part 10是作為Part1~9的補充,對特定項目的解說及事例的指南。


盡管對于 Part 5對于硬件層面已經(jīng)有相關(guān)說明,但是關(guān)于半導(dǎo)體層面的要求還是有限的。

四、ASIL


在ISO 26262中,ASIL是危害的風(fēng)險等級的指標。


依據(jù)ISO 26262標準進行功能安全設(shè)計時,首先對系統(tǒng)的功能進行逐個分析,識別系統(tǒng)所有的危害,然后依據(jù)三個因子(S\E\C)來評估危害的風(fēng)險級別。


嚴重度(Severity)


嚴重度是指一旦風(fēng)險成為現(xiàn)實,對駕駛員、乘員、或者行人等涉險人員的傷害程度。比如電子鎖故障就比剎車故障的嚴重程度低。


嚴重性用SX表示,X取值可以是0/1/2/3,級別從低到高,級別越高,傷害越嚴重。S0無傷害;S1輕微或有限傷害;S2嚴重或危及生命的傷害(可生還);S3危及生命的傷害(有死亡可能)或致命傷害;


風(fēng)險S0S1S2S3內(nèi)容沒有傷害輕度或中度傷害重度或危及生命(還有生存的可能性)威脅生命安全(幾乎沒有生還的可能)


暴露率(Exposure)


暴露率,描述風(fēng)險出現(xiàn)時,人員暴露在系統(tǒng)的失效能夠造成危害的場景中的概率?;谀繕宋kU事件的情景,根據(jù)道路環(huán)境、天氣、車輛周六的情況、失去等等來判斷該指標。比如底盤出現(xiàn)異響比乘員座椅故障暴露率低。


暴露率,用EX表示, X取值從0至4,共5個等級。E0是幾乎不肯能暴露于危險中,E4是可能性極高。


風(fēng)險E0E1E2E3E4內(nèi)容沒有可能可能性非常低可能性低有一半的可能可能性高


可控性(Controllability)


可控性,描述風(fēng)險出現(xiàn)時,駕駛員或其他涉險人員能夠避免事故或傷害的可能性。比如,輪胎緩慢漏氣比剎車失靈可控性高。

可控性,用CX表示,最低C0可控,最高C3幾乎不可控,共4個級別。


風(fēng)險C0C1C2C3內(nèi)容可控簡單可控、一般可控、幾乎不可控


ASIL等級的確定基于S、E、C這三個影響因子,下表中給出了ASIL的確定方法,其中D代表最高等級,A代表最低等級,QM表示質(zhì)量管理(Quality Management),表示按照質(zhì)量管理體系開發(fā)系統(tǒng)或功能就足夠了,不用考慮任何安全相關(guān)的設(shè)計。確定了危害的ASIL等級后,為每個危害確定至少一個安全目標,作為功能和技術(shù)安全需求的基礎(chǔ)。

通過危害分析和風(fēng)險評估,我們得出系統(tǒng)或功能的安全目標和相應(yīng)的ASIL等級。當ASIL等級確定之后,就需要對每個評定的風(fēng)險確定安全目標,安全目標是最高級別的安全需求。安全目標確定之后,就需要在系統(tǒng)設(shè)計、硬件、軟件等方面進行設(shè)計、實施和驗證。


從安全目標可以推導(dǎo)出開發(fā)階段的安全需求,安全需求繼承安全目標的ASIL等級。那么,要如何繼承項目的安全需求呢?

接下來我們將先為大家說明如何繼承安全需求。


五、產(chǎn)品開發(fā)階段中功能安全需求的繼承


下圖為功能安全需求繼承的流程圖:



1.安全目標設(shè)定


如何提出系統(tǒng)安全需求是系統(tǒng)安全設(shè)計的第一步,系統(tǒng)安全需求的指導(dǎo)方針在現(xiàn)代安全法規(guī)中通常被表述為“安全目標設(shè)定”,它描述了所需實現(xiàn)的系統(tǒng)安全目標,并根據(jù)系統(tǒng)安全目標選擇相應(yīng)的實現(xiàn)方法和途徑。


對所實施ISO 26262的項目,應(yīng)用危險分析和風(fēng)險評定以及評估ASIL等級,來避免不可接受的風(fēng)險,并確定項目的安全目標。所謂的安全目標,就是為了防止在特定駕駛狀態(tài)下發(fā)生危險事件而采取的功能需求。通過危害分析和風(fēng)險評估,為每一個風(fēng)險確定一個ASIL等級,而安全目標就是為了每一個風(fēng)險而設(shè)定的。


2.功能安全需求的設(shè)定(功能安全概念)


為了符合功能安全目標,在功能安全概念中規(guī)定了項目的功能安全需求。


所謂的功能安全概念,是指得出實現(xiàn)安全目標所需的功能安全要求,并將他們分配到初步的設(shè)計架構(gòu),或者外部減少危險的措施當中去,以確保滿足相關(guān)的功能安全。


所謂的功能安全需求,是一種安全措施(減少有害影響的活動或解決方案),且該安全措施不依賴于以安全目標為基礎(chǔ)的項目安全行為規(guī)范和實施。


安全目標和功能安全需求之間的關(guān)系是分層的,如下圖所示。



3.技術(shù)安全需求的設(shè)定(技術(shù)安全概念)


為了在項目中實現(xiàn)功能安全需求,必須根據(jù)技術(shù)安全概念,將項目級別的功能安全需求細化為系統(tǒng)級別所需要的技術(shù)安全需求。


所謂的技術(shù)安全需求,是為了實現(xiàn)功能安全需求,系統(tǒng)應(yīng)具備的技術(shù)性安全措施。


所謂的技術(shù)安全概念,是說明如何實現(xiàn)技術(shù)安全需求規(guī)范。


在整個開發(fā)生命周期,技術(shù)安全需求是要落實功能安全概念的技術(shù)需求,其用意是從細節(jié)的單級功能安全需求到系統(tǒng)級安全技術(shù)需求。


4.系統(tǒng)設(shè)計


在系統(tǒng)設(shè)計階段,系統(tǒng)及子系統(tǒng)需要按上面所定義的貫徹技術(shù)安全要求,設(shè)計出符合系統(tǒng)規(guī)范的開發(fā)方法。這里,不僅考慮安全需求,還考慮非安全需求(ASIL等級表中被判定為“QM”的要求)。為了實現(xiàn)技術(shù)安全要求,必須考慮到系統(tǒng)設(shè)計的可驗證性,實現(xiàn)功能安全的技術(shù)能力以及系統(tǒng)集成期間的測試可行性。


將實施所需規(guī)范中的技術(shù)安全要求集合,即為系統(tǒng)規(guī)范樣式。


系統(tǒng)規(guī)范應(yīng)直接或通過進一步細化到硬件,軟件或兩者兼有。此外,設(shè)計硬件 - 軟件接口(HSI),規(guī)定硬件和軟件的交互,并應(yīng)與技術(shù)安全的概念一致。


另外,系統(tǒng)規(guī)范必須驗證對技術(shù)安全概念的符合性和完整性。


5.硬件安全需求和功能安全的硬件開發(fā)


根據(jù)分配給硬件的技術(shù)安全要求,可以獲得硬件安全需求。硬件安全需求主要用于保證控制器內(nèi)部硬件故障的安全機制的安全要求。


ISO 26262所要求的硬件設(shè)計的要點,一是定量地實施對硬件架構(gòu)指標的評估,二是由于偶發(fā)硬件故障而導(dǎo)致的隨機失效率的評估。


硬件架構(gòu)指標,是用于評估硬件架構(gòu)對硬件的偶然故障的影響(魯棒性)的指標,且為定量數(shù)值,由標準定義的公式來確定。

隨即失效率,是基于概率論,用來評價安全機制在安全性的邏輯支持之下的有效性。


6.軟件安全需求的規(guī)范


軟件安全要求以因故障引起技術(shù)安全要求偏離的功能為對象,并將其細化定義至可實施/驗證軟件的等級。


在軟件安全要求的設(shè)計方面,需要考慮指定的系統(tǒng)和硬件配置,硬件/軟件接口,硬件安全要求,時間限制,與項目外部視圖的接口,受軟件影響的車輛,系統(tǒng)以及硬件涉及的各個動作模式。


軟件安全要求規(guī)范還必須驗證與技術(shù)安全概念、系統(tǒng)規(guī)范、硬/軟件接口規(guī)范的兼容性和一貫性。


六、功能安全的軟件級開發(fā)


符合功能安全的軟件開發(fā)有什么不一樣的嗎?


1.軟件安全要求的可追溯性


ISO 26262要求將各危險風(fēng)險降低設(shè)定為安全目標,并且在整個開發(fā)過程中,保證測試結(jié)果都可以通過其驗證測試、實施、規(guī)范和要求來追溯。這就是功能安全的可追溯性??勺匪菪钥赏ㄟ^給需求添加ID號碼來識別。


在軟件開發(fā)中,ID號碼用于關(guān)聯(lián)軟件安全需求標準的軟件安全需求(相當于軟件功能設(shè)計)、軟件架構(gòu)設(shè)計標準的軟件組件以及軟件單元設(shè)計標準的函數(shù)(如下圖)。 這使得安全需求的關(guān)系明確,并且通過驗證和試驗,可以有效地發(fā)現(xiàn)對于上級要求來說的下級要求存在的遺漏,以及對函數(shù)不良影響的條件的影響等。



關(guān)于需求的可追溯性管理,可使用軟件開發(fā)中的需求管理工具來實現(xiàn)。


2.設(shè)計方法


在ISO 26262中,軟件想要達到系統(tǒng)所分配的更高安全目標的ASIL D等級,就需要更加嚴謹?shù)能浖軜?gòu)。

在軟件架構(gòu)設(shè)計中,如果想要達到符合ASIL D等級,就必須滿足軟件組件的分層化、軟件組件大小的限制、適當?shù)恼{(diào)度、軟件組件的內(nèi)聚、耦合限制和中斷限制。


在各種軟件設(shè)計的方法中,結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法已經(jīng)不是什么新鮮的方法了。但在ISO 26262中,顯然,該方法是處理應(yīng)對ASIL相應(yīng)等級的必須手段。


在軟件架構(gòu)級別的錯誤檢測階段中,對于ASIL D的要求,必須進行輸入輸出數(shù)據(jù)的范圍檢查、數(shù)據(jù)有效性檢查、外部監(jiān)控、控制流監(jiān)視和軟件冗余設(shè)計。


在軟件架構(gòu)級別的錯誤處理階段中,對于ASIL D的要求,必須具有發(fā)生錯誤時的縮退功能以及并行的冗余。


在單體軟件設(shè)計階段中,對于ASIL D的要求,相關(guān)函數(shù)只能有1個出入口,限制動態(tài)安全對象(例如堆棧區(qū)域),執(zhí)行變量初始化,禁止相同變量名稱,限制使用全局變量,限制指針使用,禁止隱式類型轉(zhuǎn)換,禁止隱藏數(shù)據(jù)流/控制流,禁止無條件跳轉(zhuǎn),禁止遞歸調(diào),ISO 26262沒有深入涉及建模設(shè)計。關(guān)于汽車建模設(shè)計(基于模型的開發(fā)),MATLAB / Simlink被認為是典型方法,盡管如此,執(zhí)行建模設(shè)計并不一定有助于導(dǎo)入功能安全。


不基于模型設(shè)計的軟件開發(fā)代碼質(zhì)量,與基于模型設(shè)計的軟件開發(fā)代碼質(zhì)量是相同的。在建模設(shè)計中提高模型的質(zhì)量,也有助于由此產(chǎn)生的產(chǎn)品(項目)的安全性。關(guān)于設(shè)計模型時的指南,ISO 26262結(jié)合編碼指南定義了設(shè)計指南的要求。


3.驗證


所謂“驗證”,就是確認已“正確”完成產(chǎn)品開發(fā)。


在ISO26262中,關(guān)于軟件架構(gòu)設(shè)計、軟件單體設(shè)計和實現(xiàn)(編碼),規(guī)定需要完成與ASIL等級相對應(yīng)的驗證。


對于軟件架構(gòu)設(shè)計驗證,如果是ASIL A級別,只要排查就足夠了。但如果是達到符合ASIL D級別,則必須進行檢查,動態(tài)(可執(zhí)行模型)仿真,原型設(shè)計,控制流/數(shù)據(jù)流分析。


對于軟件單一設(shè)計和實現(xiàn)(編碼)驗證,如果是ASIL A級別,只要排查就足夠了。但如果是達到符合ASIL D級別,就必須進行檢查,半正式驗證(使用基于模型的仿真驗證等),控制流/數(shù)據(jù)流分析,靜態(tài)代碼分析。


4.確認


所謂“確認”,就是通過提供客觀證據(jù)對特定的預(yù)期用途或應(yīng)用要求已得到滿足的認定。通過試驗來確認是否產(chǎn)生了滿足要求的成果物。


對于ASIL D等級要求,無論是軟件單元測試還是軟件集成測試,都必須進行基于需求的測試、接口測試、故障注入測試、資源測試和背靠背測試。


在測試用例的導(dǎo)出方法中,需求分析,等價類的創(chuàng)建和分析以及邊界值分析是對于符合ASIL D等級的基本要求。


對于軟件單元測試的覆蓋率,ASIL A可以執(zhí)行100%的C0覆蓋(指令覆蓋率),而ASIL D則要求100%實施C1覆蓋(分支網(wǎng)羅率)及MC/DC(Modified Condition/Decision Coverrage) 。


對于軟件集成測試,ASIL D要求100%實施功能覆蓋和調(diào)用覆蓋。


5.軟件工具的認證


為了軟件開發(fā)而使用導(dǎo)入的各種軟件工具(以下簡稱為工具),ISO 26262為它們設(shè)定了可靠性評估指標,只有被認定為符合指標的工具才能夠用于開發(fā)。


所以,首先第一步,我們需要看看工具是否符合ISO 26262的認證標準。


為此,我們需要驗證軟件工具對于安全功能的影響(TI),也要同時考評軟件工具,針對自身可能出現(xiàn)的內(nèi)部錯誤的診斷能力(TD),并最終生成該軟件工具的置信等級(TCL)。


TI是對軟件工具是否對正在開發(fā)的設(shè)計產(chǎn)生直接的安全相關(guān)影響的評估。TI分為兩個級別,TI1和TI2。TI1意味著對設(shè)計沒有直接影響,而TI2則表示對設(shè)計有直接影響。當軟件工具故障對項目或者組件完全沒有影響時,可選擇TI1。其他情況則選擇TI2。


TD指對工具由于誤操作而引起錯誤輸出防護手段,以及工具發(fā)生錯誤時候檢測能力的信賴性,,用TD1,TD2,TD3三個等級來評價。當對于誤動作以及對應(yīng)的誤輸出的防護和檢測手段信賴性要求比較高時候,選擇TD1;信賴度要求處于中等程度的時候選擇TD2,其他情況選擇TD3。


例如,假設(shè)某工具用于檢測設(shè)計模型的錯誤。該工具對模型執(zhí)行靜態(tài)分析。當靜態(tài)分析良好時,該工具不能檢測模型中的所有可能違規(guī)行為。還有一點值得注意的是,這并不一定意味著該模型是錯誤的,而僅僅表明需要額外的測試。該例是一種中等程度的置信水平,即TD2。


根據(jù)TI和TD,我們可以通過以下矩形表格來確定TCL

判定為TCL1的工具無需認證即可使用,而判定為TCL2和TCL3的工具則需要附加鑒定方法,以下為適用的四種認證方法:


1a 信賴度通過使用而增強

只有提供了標準規(guī)定的工具實際應(yīng)用的有關(guān)證據(jù),才能基于使用歷史,提升工具的信賴度。


1b 評估工具開發(fā)過程

該工具開發(fā)的開發(fā)過程是否開發(fā)流程,開發(fā)標準。


1c 軟件工具確認確認

確認滿足標準所判定的指標的方法。


1d 按照安全標準進行開發(fā)

工具開發(fā)是否符合ISO26262,IEC61508和RTCA DO-178(航空系統(tǒng)和設(shè)備的安全標準)等標準。


事實上,只要執(zhí)行了附加認證,就可以使用TCL2或TCL3中評估的軟件工具。ISO 26262也列出了關(guān)于TCL2和TCL3級工具可接受的認證方法。



ISO 26262-8:2011表4列出了對TCL3級工具可接受的認證方法,表5列出了對TCL2級工具可接受的認證方法。(如圖)

根據(jù)工具中開發(fā)的項目或ASIL類別的不同,優(yōu)先選擇應(yīng)用不同的認證方法。下圖為合并的表格,其中突出顯示了優(yōu)選方法并且進行了說明。



++表示該方法被強烈建議用于所對應(yīng)的ASIL

+表示該方法被建議用于所對應(yīng)的ASIL


注:*沒有如何安全標準完全適用于軟件工具的開發(fā)。但可以選擇安全標準的相關(guān)子集要求。

在TCL2的情況下,ASIL A/B/C需要附加驗證方法1a和1b,ASIL D需要附加驗證方法1c和1d。

在TCL3的情況下,ASIL A/B 需要附加驗證方法1a和1b,ASIL C/D需要附加驗證方法1c和1d。

實際上,從供應(yīng)商處購買工具時,用戶很難執(zhí)行認證。因此,引入符合ISO 26262的第三方認證工具是非常符合現(xiàn)實需求的。


6.通過保護功能防止故障的傳播


在特定軟件組件發(fā)生故障時,為了防止對另一軟件組件造成不良影響,ISO 26262一個名為“軟件隔離”的結(jié)構(gòu)技術(shù)。當多個不同ASIL等級的軟件組件在同一個MPU上共存時,該技術(shù)非常適用。


舉個例子:在沒有分區(qū)的情況下,假設(shè)有ASIL A,ASIL B和ASIL C三個不同等級的軟件,使用一個MPU和一個資源(共享內(nèi)存)進行操作,則三個軟件必須符合最高的ASIL等級要求(即ASIL C),導(dǎo)致必須承擔高于必要的開發(fā)成本。同時,低等級的任務(wù)修改高等級的數(shù)據(jù),會造成高等級使用了不可信的數(shù)據(jù),影響安全功能。


如果有分區(qū),即使三個不同ASIL等級的軟件在一個MPU上,也可以將最佳的ASIL等級應(yīng)用于各個軟件組件,可以避免浪費的開發(fā)成本。


軟件分區(qū)技術(shù)有很多,將軟件分區(qū)應(yīng)用于汽車MPU時,從成本方面考慮,一般認為,利用MPU的存儲器保護單元的OS方法是最有希望的。


7.流程改進


在嵌入式軟件領(lǐng)域,要求不斷改進過程標準,如CMMI和Automotive SPICE。


ISO 26262也需要流程改進,但基本上是對現(xiàn)有流程改進的延伸。建議至少通過CMMI Level 2和Automotive SPICE Level 3認證。


在ISO26262中,Part2功能安全的管理規(guī)定了確認審查(從技術(shù)的觀點驗證成果)和功能安全審核(從過程的角度確認功能安全活動的實施狀態(tài))。通過結(jié)合三點功能安全評估的驗證策略(S/E/C)實現(xiàn)獨立評估ASIL等級,該評估項目可評估功能安全的合規(guī)性。


ASIL的獨立性被定義為4個級別,最輕的級別是“認證方案應(yīng)由不同的人實施”,最重的級別是“來自不同部門或組織的人員實施認證”(即并且必須由第三方實施)。根據(jù)認證的內(nèi)容,較高的ASIL級別需要更高的獨立性。


第三方組織可以是公司內(nèi)的獨立部門,例如質(zhì)量保證部門,或是外部第三方認證機構(gòu)。為應(yīng)對功能安全認證的市場需求,有許多供應(yīng)商和工具供應(yīng)商要求知名第三方認證機構(gòu)進行審核。


七、結(jié)論


2011年11月15日,ISO 26262 標準正式頒布。2018年,ISO 26262正式上路。


在這一領(lǐng)域,歐洲、日本應(yīng)用ISO 26262要早于國內(nèi),美國則推出SAE J2980標準。技術(shù)咨詢公司在和國內(nèi)OEM合作時會要求引入功能安全。國際汽車廠商(寶馬、通用、福特等)、汽車零部件供應(yīng)商(博世、德爾福等)早已采用該標準開發(fā)安全相關(guān)的電子電器產(chǎn)品,應(yīng)用在汽車的開發(fā)。


ISO 26262涉及汽車電子電氣系統(tǒng)的整個安全生命周期及其管理過程,滿足該標準對汽車企業(yè)及供應(yīng)商來說必將是巨大的挑戰(zhàn)。為滿足ISO 26262,必須在公司安全文化、工作流程制定、產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)等方面進行持續(xù)的改進。


ISO26262標準暫時沒有出現(xiàn)官方層面的強制執(zhí)行要求,但該標準的執(zhí)行,將減少因為電子器件失效造成的交通事故和降低潛在召回風(fēng)險,所以目前國際大型車企非常重視ISO26262標準的應(yīng)用和推廣。




▲文章來源于:知乎   ??W(xué)城

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