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功能安全与微控制器自诊断技术的研究

作　者: 杨栩楠
导　师: 蒋大明
学　校: 北京交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 功能安全安全相关系统微控制器诊断存储器测试 CPU测试
分类号: U472.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

当前,功能安全已成为国内外安全生产领域的热点问题,功能安全标准IEC61508的发布,规范了安全相关系统的设计、应用及管理等各个方面,为各领域安全生产提供安全保障。目前我国功能安全在相关产品和技术的研发方面尚处于起步阶段。本文结合实际应用,从安全相关系统设计的角度,分析了如何使其满足标准IEC 61508的要求,保证安全功能的正确执行。提出了为达到所需安全完整性等级,需采用适合的冗余结构和诊断措施。本文完成的工作主要包括：1.研究了E/E/PE安全相关系统的诊断测试技术和措施,并结合在汽车电子方面的应用,重点研究了微控制器的诊断如何满足标准要求。2.研究了存储器测试的理论,实现并比较了存储器测试的各种算法,选择最优的方案用于微控制器的自诊断。3.实现了微控制器CPU、可变存储器、不可变存储器、时钟的测试,并通过故障插入实验验证其测试结果。测试原理适用于各种微控制器,测试程序作为安全软件库集成到用户程序中。IEC 61508已被视为关键型安全系统开发领域的最高级标准,许多行业都致力于满足这一实际的技术标准要求,并且生产的安全产品或系统需要如TuV等独立安全评估机构的安全完整性等级认证。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 综述  10-16
  1.1 安全相关系统的意义  10-12
    1.1.1 安全相关系统和功能安全  10
    1.1.2 安全相关系统在各行业的应用  10-11
    1.1.3 安全相关系统对微控制器的要求  11-12
  1.2 功能安全标准化发展  12-14
    1.2.1 系列标准  12-13
    1.2.2 国内外标准应用情况  13-14
  1.3 本文的主要工作  14-15
  1.4 小结  15-16
2 诊断技术概述  16-26
  2.1 安全完整性等级与诊断  16-19
    2.1.1 安全完整性等级  16-17
    2.1.2 结构约束  17-19
  2.2 安全相关系统中的诊断  19-22
    2.2.1 不同安全子系统单元的诊断  19-21
    2.2.2 诊断的计算  21-22
  2.3 ECU实例  22-25
    2.3.1 逻辑结构  22
    2.3.2 诊断机制  22-25
  2.4 小结  25-26
3 存储器测试技术  26-40
  3.1 RAM测试  26-34
    3.1.1 功能模型  26-27
    3.1.2 故障模型  27-28
    3.1.3 测试方法  28-29
    3.1.4 测试算法  29-33
    3.1.5 算法比较  33-34
  3.2 ROM测试  34-39
    3.2.1 测试算法  34
    3.2.2 CRC校验码产生原理  34-35
    3.2.3 按位计算法  35-36
    3.2.4 按字节计算  36-38
    3.2.5 按半字节计算  38-39
  3.3 小结  39-40
4 微控制器自诊断实现  40-58
  4.1 微控制器介绍  40-42
  4.2 可变存储器测试  42-47
    4.2.1 算法比较  42-45
    4.2.2 测试实现  45-47
  4.3 不可变存储器测试  47-51
    4.3.1 算法比较  47-49
    4.3.2 测试实现  49-51
  4.4 CPU测试  51-55
    4.4.1 原理  51-52
    4.4.2 测试实现  52-55
  4.5 时钟测试  55-57
    4.5.1 原理  55-56
    4.5.2 测试实现  56-57
  4.6 小结  57-58
5 实验与验证  58-64
  5.1 测试过程  58-59
  5.2 故障插入  59-63
    5.2.1 软件故障插入  59-61
    5.2.2 硬件故障插入  61-63
  5.3 小结  63-64
6 结论  64-66
  6.1 总结  64-65
  6.2 展望  65-66
参考文献  66-68
作者简历  68-70
学位论文数据集  70

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