具有功能安全 （FuSa） 的應(yīng)用需要更強(qiáng)大的嵌入式計(jì)算平臺(tái)，因?yàn)榧?a target="_blank">傳感器技術(shù)對(duì)性能的要求越來越高。這就是為什么多核處理器（如符合 FuSa 標(biāo)準(zhǔn)的英特爾凌動(dòng)處理器）在今天如此有吸引力的原因。它們還可用于將非關(guān)鍵功能整合到單個(gè)混合關(guān)鍵系統(tǒng)上，這是一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。如果還有支持這些處理器的FuSa功能的計(jì)算機(jī)模塊（COM），則OEM將受益于應(yīng)用程序就緒的構(gòu)建塊，這些構(gòu)建塊已經(jīng)完全有資格獲得其客戶應(yīng)用程序的安全認(rèn)證，并且可以擴(kuò)展到所需的性能。康佳特是最早制造此類COM的公司之一。

態(tài)勢(shì)感知傳感器可以說是功能安全應(yīng)用中對(duì)更高性能需求不斷增長的最大驅(qū)動(dòng)力。以協(xié)作機(jī)器人環(huán)境為例。在這里，不僅需要符合FuSa標(biāo)準(zhǔn)的傳感器和開關(guān)，以便在機(jī)器人進(jìn)入制造籠時(shí)使其停止。相反，必須檢測(cè)到任何運(yùn)動(dòng)。因此，在制造業(yè)中使用協(xié)作機(jī)器人和自主物流車輛也需要處理和分析相機(jī)、激光雷達(dá)和激光數(shù)據(jù)。這越來越多地涉及人工智能的使用。有時(shí)，這些數(shù)據(jù)需要與其他傳感器的地理位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便在滿足某些預(yù)定義參數(shù)時(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)避機(jī)動(dòng)。

所有這些都必須實(shí)時(shí)進(jìn)行，最重要的是，必須以功能安全的方式進(jìn)行。并非所有的例子都像自動(dòng)駕駛汽車那樣復(fù)雜。即使是安裝在由人類駕駛員操作的工業(yè)卡車上的數(shù)字后視鏡也是一個(gè)復(fù)雜的傳感器。為了在功能上安全，必須不斷檢查它以驗(yàn)證其是否正常運(yùn)行。畢竟，凍結(jié)的圖像可能會(huì)導(dǎo)致駕駛員完全誤判情況。

對(duì)性能的要求越來越高

誠然，在功能安全環(huán)境中使用的對(duì)性能要求很高的功能塊并不總是功能安全的。例如，正在討論如何在沒有ISO26262負(fù)擔(dān)的情況下在車輛中實(shí)施環(huán)境檢測(cè)[1]。然而，毫無疑問，它們需要比系統(tǒng)的功能安全元件回退到安全側(cè)所需的性能更高的性能來與功能安全的解決方案進(jìn)行交互。

如今，在需要人工智能態(tài)勢(shì)感知的應(yīng)用程序中，主要需要更高的性能。此類系統(tǒng)的實(shí)時(shí)連接也增加了對(duì)快速、低延遲數(shù)據(jù)吞吐量的需求，例如，當(dāng)更高級(jí)別的控制邏輯用于通過專用 5G 網(wǎng)絡(luò)連接的自主引導(dǎo)系統(tǒng)時(shí)。

混合關(guān)鍵系統(tǒng)呈上升趨勢(shì)

與以前常見的FuSa控制器不同，理想的應(yīng)用處理器除了態(tài)勢(shì)感知和人工智能之外，還必須能夠托管系統(tǒng)GUI。例如，在移動(dòng)機(jī)器中，這將是駕駛員輔助系統(tǒng)。這就是 x86 技術(shù)對(duì)這種混合關(guān)鍵系統(tǒng)非常感興趣的原因。主要是因?yàn)槿藗兤谕@種通用多核處理器技術(shù)將看到進(jìn)一步的同質(zhì)發(fā)展。尤其是，因?yàn)楫?dāng)今這種類型的第一批處理器將控制器與FuSa功能集成在一起。例如，英特爾凌動(dòng) x6000E 處理器技術(shù)已經(jīng)有資格支持需要 IEC 61508 安全完整性等級(jí) 2 （SIL2） 模擬認(rèn)證的應(yīng)用。

SIL2的應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)機(jī)器、協(xié)作機(jī)器人和工業(yè)4.0產(chǎn)品，如物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和邊緣服務(wù)器。其他市場(chǎng)源于對(duì)自主物流車輛的自動(dòng)化內(nèi)部物流的需求，范圍從工廠移動(dòng)到自動(dòng)駕駛中的所有新市場(chǎng)，從農(nóng)業(yè)和建筑機(jī)械到智能城市車輛，AUV和UAV。最后但并非最不重要的一點(diǎn)是，目標(biāo)市場(chǎng)還包括醫(yī)療設(shè)備以及用于火車和軌道控制或航空電子設(shè)備的硬件。這些領(lǐng)域需要安全認(rèn)證，例如，防止觸電、火災(zāi)和爆炸、擠壓、碰撞或被碾壓造成的危險(xiǎn)或傷害。這使得冗余和實(shí)施故障安全流程的能力成為必須的。

功能安全的模塊計(jì)算機(jī)

因此，嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的制造商越來越多地對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行功能安全認(rèn)證。例如，獨(dú)立于供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu) PICMG 負(fù)責(zé) COM-HPC 和 COM Express 等嵌入式計(jì)算機(jī)外形尺寸，在 2022 年嵌入式世界大會(huì)上宣布對(duì) COM-HPC 硬件規(guī)范進(jìn)行 FuSa 擴(kuò)展。它定義了信號(hào)引腳排列以支持FuSa應(yīng)用。這是能夠支持現(xiàn)代芯片組或片上系統(tǒng) （SoC） 的 FuSa 級(jí)安全島所必需的。這是硬件的特殊部分，與主芯片組或SoC以及支持固件和軟件一起分離。

安全島監(jiān)控主芯片組或SoC的狀態(tài)和狀態(tài)，并通過專用的FuSa GPIO和專用的FuSa SPI從接口向FuSa系統(tǒng)安全狀態(tài)代理或安全控制器報(bào)告結(jié)果，該接口作為載板上的FuSa SPI主機(jī)實(shí)現(xiàn)，并準(zhǔn)備安全和狀態(tài)信息以供進(jìn)一步使用。

(得益于其安全島控制器，英特爾凌動(dòng)多核處理器技術(shù)支持設(shè)計(jì)混合關(guān)鍵系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)虛擬機(jī)中托管安全應(yīng)用。它們甚至可以承載復(fù)雜的傳感器技術(shù)，用于態(tài)勢(shì)感知。

功能安全的虛擬機(jī)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)（RTS）還保證通過其RTS安全管理程序在嵌入式世界中解決FuSa問題，RTS安全管理程序是一種獨(dú)立于操作系統(tǒng)的x1處理器技術(shù)Type 86虛擬機(jī)管理程序，將獲得功能安全認(rèn)證。它面向基于 x86 多核處理器技術(shù)的混合關(guān)鍵工作負(fù)載，并將在全球范圍內(nèi)提供。將經(jīng)過認(rèn)證的實(shí)時(shí)虛擬機(jī)管理程序與功能安全和不安全的虛擬機(jī)以及經(jīng)過認(rèn)證的安全操作系統(tǒng)（如基于 Linux 的 Zephyr 或 QNX）捆綁在一起，它將作為完整的 OEM 包提供。該軟件包適用于配備支持 FuSa 的 x86 處理器的任何商業(yè)或定制嵌入式計(jì)算平臺(tái)。初始實(shí)施將基于集成英特爾安全島的英特爾凌動(dòng) x6000E 系列處理器。擴(kuò)展到基于 11 代智能英特爾酷睿處理器的產(chǎn)品是未來的另一種選擇。

RTS 的目標(biāo)是通過提供預(yù)認(rèn)證平臺(tái)，為開發(fā)人員提供最有效的途徑，以實(shí)現(xiàn)功能齊全的安全合規(guī)應(yīng)用程序。安全的實(shí)時(shí)虛擬機(jī)管理程序技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的關(guān)鍵，它將從安全硬件、安全類型 1 虛擬機(jī)和安全操作系統(tǒng)到運(yùn)行多用途操作系統(tǒng)的非安全域的所有內(nèi)容連接起來。最終，應(yīng)用程序開發(fā)人員只需擔(dān)心其應(yīng)用程序的安全關(guān)鍵部分即可獲得功能安全認(rèn)證。

利用此類硬件平臺(tái)進(jìn)行混合關(guān)鍵應(yīng)用設(shè)計(jì)的 OEM 可以節(jié)省成本，因?yàn)橐渴鸬南到y(tǒng)更少，與具有多個(gè)系統(tǒng)的安裝相比，這導(dǎo)致平均故障間隔時(shí)間 （MTBF） 得到改善。另一個(gè)好處是，開發(fā)人員可以在單個(gè)芯片或硬件上管理關(guān)鍵和非關(guān)鍵應(yīng)用程序，這有助于應(yīng)用程序開發(fā)和測(cè)試，以及這些應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換。盡管采用單系統(tǒng)方法，但這種虛擬機(jī)管理程序的實(shí)施允許所有非安全關(guān)鍵型應(yīng)用程序不斷更新和修改，而無需重新認(rèn)證安全關(guān)鍵型組件。這絕對(duì)至關(guān)重要 - 不僅對(duì)于創(chuàng)新，而且對(duì)于增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全。

用于安全和網(wǎng)絡(luò)安全的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

康佳特還確認(rèn)了對(duì)功能安全市場(chǎng)進(jìn)行大量投資的意圖。在更早的步驟中，在 2021 年底，該公司已經(jīng)宣布與歐洲領(lǐng)先的安全實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供商 SYSGO 建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。合作的目的不僅是為x86提供解決方案平臺(tái)，還為專門針對(duì)功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全要求量身定制的Arm處理器提供解決方案平臺(tái)。根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，第一個(gè)實(shí)現(xiàn)可以認(rèn)證到ASIL B或SIL 2，將在x86和基于Arm Cortex的計(jì)算機(jī)模塊上提供。一個(gè)典型的用例是 ISO 26262 定義的脫離上下文的安全元素 （SEooC）。

根據(jù)新的合作協(xié)議提供的全方位服務(wù)旨在簡(jiǎn)化和縮短安全關(guān)鍵系統(tǒng)的開發(fā)過程。它包括對(duì)各種安全標(biāo)準(zhǔn)的全面認(rèn)證支持，模擬IEC 61508，用于功能安全電子系統(tǒng)。支持的是基于 SYSGO PikeOS 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和虛擬機(jī)管理程序的平臺(tái)，適用于鐵路應(yīng)用 （EN 50129 / EN 50657）、商用和農(nóng)用車輛 （ISO 26262）、民航技術(shù) （DO 254），以及自動(dòng)化和過程控制 （IEC 61508） 和醫(yī)療應(yīng)用 （IEC 62304） 中的 PLC。

COM 上的英特爾凌動(dòng) x6000E 處理器技術(shù)

功能安全的處理器技術(shù)和操作系統(tǒng)/虛擬機(jī)管理程序的組合在應(yīng)用程序就緒的計(jì)算機(jī)模塊上提供時(shí)變得特別有吸引力。康佳特在嵌入式世界中展示了這種FuSa構(gòu)建模塊的實(shí)例。此 FuSa 演示應(yīng)用程序具有功能安全就緒的 COM Express 迷你模塊 conga-MA7，具有符合 FuSa 標(biāo)準(zhǔn)的英特爾 CPU x6427FE，具有安全島支持，與 RTS 虛擬機(jī)管理程序和集成實(shí)時(shí) Linux 相結(jié)合。

這個(gè)FuSa演示是一個(gè)令人印象深刻的證明，證明了康佳特在第一個(gè)基于英特爾凌動(dòng)x6000E處理器技術(shù)（以前代號(hào)為Elkhart Lake）的計(jì)算機(jī)模塊的認(rèn)證過程中已經(jīng)取得了多大的進(jìn)步。原始設(shè)備制造商已經(jīng)開始將康佳特的功能安全認(rèn)證模塊和BSP以及自己的軟件組件實(shí)施到他們的應(yīng)用平臺(tái)中。康佳特也隨時(shí)準(zhǔn)備協(xié)助OEM客戶進(jìn)行任何定制，以滿足特定的認(rèn)證要求 - 從組件選擇和載板上的實(shí)施，到操作系統(tǒng)和虛擬機(jī)管理程序支持，或I / O驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵤?/p>

通過預(yù)認(rèn)證解決方案模塊更快地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

為了使模塊計(jì)算機(jī)獲得安全操作的資格，所有組件以及整個(gè)BSP都必須準(zhǔn)備好獲得FuSa認(rèn)證 - 包括安全手冊(cè)和所有其他必要的文件。在開發(fā)和測(cè)試期間創(chuàng)建的所有組織流程和文檔 - 例如FMEDA（故障模式，影響和診斷分析）以及驗(yàn)證和確認(rèn)（V&V）過程 - 也必須符合認(rèn)證要求并由外部評(píng)估人員審查。康佳特提供所有這些開箱即用，以便客戶可以立即啟動(dòng)他們的FuSa項(xiàng)目，以更快地進(jìn)入市場(chǎng)，節(jié)省成本并降低實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

因此，基于 x86 的嵌入式多核平臺(tái)為功能安全提供了堅(jiān)實(shí)的生態(tài)系統(tǒng)。使這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)特別突出的是同構(gòu)處理器路線圖，這些路線圖不僅僅局限于一個(gè)處理器制造商。標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算機(jī)模塊還為跨所有處理器插槽和制造商擴(kuò)展性能奠定了基礎(chǔ)。OEM 部署經(jīng)過功能安全預(yù)認(rèn)證的計(jì)算機(jī)模塊作為應(yīng)用程序就緒構(gòu)建塊（包括所有相關(guān)軟件組件，如引導(dǎo)加載程序、虛擬機(jī)管理程序和 BSP）也可以節(jié)省大量時(shí)間和金錢。他們所要做的就是對(duì)客戶特定的載板進(jìn)行認(rèn)證和認(rèn)證調(diào)整。

審核編輯：郭婷