技术干货| ISO 26262中的要素共存和免于干扰
时间：2023-11-23 阅读：418
ISO 26262-9:2018的第6章节对系统设计（ISO 26262-4）、硬件设计（ISO 26262-5）和软件架构设计（ISO 26262-6）提出了“要素共存（Coexistence of Elements）”的要求。本文针对该概念进行详细讲述，探讨“要素共存”的内在涵义，以及设计开发中针对其需要注意的地方。
级联失效在讨论“要素共存（Coexistence of Elements）”之前，先理解“级联失效（Cascading Failure）”这个概念，ISO 26262-1:2018的3.17给出了“级联失效（Cascading Failure）”的定义如下：
图1：ISO 26262中对级联失效的定义
（该截图来源于ISO 26262-1:2018）
级联失效（Cascading Failure）：在相关项里的一个要素的内部或外部的一个原因，导致了一个失效，然后该失效又引起了另一个要素（在相同、或不同相关项里）产生了一个失效。简单理解地说：要素A产生了一个故障，该故障导致要素B产生了一个故障，这种情况就是级联失效。
在产品开发过程中（以MCU为例子），其内部包括了多个不同功能和用途的IP（例如CUP、ADC、ROM、RAM、DMA、CAN、CLOCK等），尽管MCU内部要素分配的最高ASIL等级是D，但基于假设开发时某些非安全相关的QM功能也都按照ASIL D开发只会导致开发难度急剧上升、成本上涨。理想的结果是，上层安全需求是什么ASIL等级，分配到的IP/模块就按各自分配的安全需求最高ASIL等级开发，如下图所示。
图2：安全需求分配给不同的要素
但是在开发过程中，由于某一个安全功能可能是由不同的IP组合来实现的，而且一个IP可能也需要承担多个安全功能一部分，这就导致了IP跟IP之间存在了一些耦合的因素，例如IP之间共享内存、IP之间的通信，而且这种现象在开发过程中是几乎无法避免的。例如图2中IP_001和IP_002存在“交互”，在这里暂时先不关心“交互”的方式，先思考一个问题：这种“交互”会带来什么问题？
结合第二节提及的“级联失效（Cascading Failure）”，这里假设IP_002的存在某一个失效模式（开路、短路或卡滞），该失效可能会导致IP_001获取到一个错误的输入，从而违背了某一个安全需求，因此IP_001和IP_002之间存在级联失效。
为了避免出现上述问题，ISO 26262提出了“要素共存（Coexistence of Elements）”的概念，目的就是为了防止较低ASIL等级要素或QM要素的失效，导致较高ASIL等级要素失效，若满足这条原则，我们就叫满足要素共存准则（Criteria for Coexistence of Elements）。
有了第三节的知识背景，理解“免于干扰（Freedom From Interference）”的概念就比较简单了，先看ISO 26262对其的定义：
图3：ISO 26262中对免于干扰的定义
（该截图来源于ISO 26262-1:2018）
免于干扰（Freedom From Interference）：两个及以上的要素之间不存在导致违背安全需求的级联失效。例如，若经过分析，图2中的IP_002不会导致IP_001产生违背安全需求的失效，则IP_001免于IP_002干扰。
因此，免于干扰（Freedom From Interference）和级联失效（Cascading Failure），其实就是一回事。非要分出个所以然的话，我们可以这样来理解两者之间的关系：免于干扰（Freedom From Interference）表征的是不同要素之间的一种关系属性，而级联失效（Cascading Failure）表征的是一个要素受到另一个要素的影响结果。有时候，针对免于干扰的分析我们也叫FFI（Freedom From Interference的缩写）分析，目的就是为了找出架构设计中的要素之间是否级联失效（Cascading Failure）。
在进行FFI分析时，分析团队应确定以下内容已经完成：
1) 考虑需要分析的安全需求；
2) 考虑需要分析的架构；
3) 已分配安全需求的架构要素及其子要素。
下面基于第3节的例子继续讨论，将不同ASIL等级的架构要素（IP或模块）按相应等级分类，然后找到FFI的分析路径，如图4所示，图中共显示有三个分析路径，即针对该要素中的子要素（IP_001~IP_003）进行FFI分析时，应考虑以下：
1) 分析路径1：IP_002（ASIL B）对IP_001（ASIL D）的干扰；
2) 分析路径2：IP_003（QM）对IP_002（ASIL B）的干扰；
3) 分析路径3：IP_003（QM）对IP_001（ASIL D）的干扰。
图4：识别FFI分析路径
针对上述的分析路径1，我们在第3节中已经假设IP_002会引起IP_001级联失效。对此，在产品架构设计时，需要考虑从以下方面进行优化：
1) 源头杜绝。例如，切断IP_001和IP_002之间的传播路径；
2) 持续检查。若上述传播路径是不可避免的，则需要对IP_002或传播路径进行周期性检查，以确保IP_001正常执行安全功能；
3) 事后补救。最差的情况，如果“级联失效（Cascading Failure）”无法避免，即上面两种情况都不能实现，则应制定针对IP_001失效以后的处理机制，例如检测到IP_001失效后进入安全状态。
针对其他的分析路径，若分析得出存在级联失效（Cascading Failure）的可能，则同样可按照上述方式进行设计优化。针对上述分析路径1~分析路径3中的“干扰”，将在下期内容《ISO 26262中的相关失效分析》进一步讲述，如果得出这些干扰源。
广电计量在汽车、铁路系统产品检测方面拥有丰富的技术经验和成功案例，能为主机厂、零部件供应商、芯片设计企业提供整机、零部件、半导体、原材料等全面的检测、认证服务，保障产品的可靠性、可用性、可维护性和安全性。
广电计量拥有技术先进的功能安全团队，专注于功能安全（包括工业、轨道、汽车、集成电路等领域）、信息安全和预期功能安全领域的专家，具有丰富的集成电路、零部件和整机功能安全实施经验，可根据相应行业的安全标准为不同行业的客户提供培训、检测、审核和认证一站式服务。
图5：功能安全项目实施流程