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2015年11月第3题
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阅读以下关于嵌入式系统可靠性设计方面的描述,回答问题1至问题3。
【说明】
某宇航公司长期从事宇航装备的研制工作,嵌入式系统的可靠性分析与设计已成为该公司产品研制中的核心工作,随着宇航装备的综合化技术发展,嵌入式软件规模发生了巨大变化,代码规模已从原来的几十万扩展到上百万,从而带来了由于软件失效而引起系统可靠性降低的隐患。公司领导非常重视软件可靠性工作,决定抽调王工程师等5人组建可靠性研究团队,专门研究提高本公司宇航装备的系统可靠性和软件可靠性问题,并要求在三个月内,给出本公司在系统和软件设计方面如何考虑可靠性设计的方法和规范。可靠性研究团队很快拿出了系统及硬件的可靠性提高方案,但对于软件可靠性问题始终没有研究出一种普遍认同的方法。

分值(9分

请用200字以内文字说明系统可靠性的定义及包含的4个子特性,并简要指出提高系统可靠性一般采用哪些技术?

参考答案

可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。子特性:成熟性,容错性,易恢复性,可靠性的依从性。
提高可靠性的技术:(1)N版本程序设计(2) 恢复块方法(3) 防卫式程序设计(4)双机热备或集群系统(5)冗余设计

凯恩解析

系统可靠性定义:系统可靠性强调的是 在规定环境、规定时限内执行预期功能的能力。它不仅仅是“不会出错”,更重要的是即便出现异常,也要能够恢复并维持可接受的运行状态。可靠性子特性如下:

  1. 成熟性:系统具有稳定运行的能力,错误发生概率低。
  2. 容错性:在部分组件失效或运行错误时,系统能通过冗余、回滚或其他机制继续运行。
  3. 易恢复性:一旦系统出现故障,能够快速恢复正常功能,减少停机时间。
  4. 可靠性依从性:系统符合相关标准和规范,可靠性可验证和可度量。

提高系统可靠性的常用技术

  • N 版本程序设计:通过多个功能等价但独立开发的程序版本,运行时采用表决机制选择正确结果,防止单点错误导致系统崩溃。
  • 恢复块方法:在程序运行时设置“主块”和“备用块”,当主块结果经验证失败时,回退到备用块执行,确保功能实现。
  • 防卫式编程:在代码设计时预先考虑潜在错误输入和运行环境异常,进行边界检查和异常处理。
  • 双机热备/集群:通过多台设备冗余备份,提高系统可用性和可靠性。
  • 冗余设计:包括硬件冗余、信息冗余、时间冗余,确保部分失效时系统仍可运行。
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