嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度優(yōu)化

劉小雷

與傳統(tǒng)的單片機(jī)相較而言，嵌入式電子信息系統(tǒng)的運(yùn)行效率和運(yùn)行可靠性更高，我國(guó)開(kāi)始大量的對(duì)這一系統(tǒng)進(jìn)行分析。新型的電子設(shè)備的研發(fā)已經(jīng)形成了非常穩(wěn)定的環(huán)境，而且方向也正確，在很多領(lǐng)域都開(kāi)始使用嵌入式電子信息系統(tǒng)。嵌入式電子信息系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)的環(huán)節(jié)中，相關(guān)的流程更加復(fù)雜，而且需要硬件和軟件設(shè)施，其在交通運(yùn)輸、航天航空等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并且發(fā)揮著核心作用。因此，提升嵌入式電子信息系統(tǒng)的可靠性成為必然。在嵌入式電子信息系統(tǒng)使用的環(huán)節(jié)中，在相關(guān)理論的支撐下，實(shí)踐環(huán)節(jié)還存在局限性。嵌入式電子信息系統(tǒng)的可靠性還不能完全保障，引起了專家的關(guān)注。本文分析嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠性的影響因素，并提出優(yōu)化方式。

一、嵌入式電子信息系統(tǒng)的可靠度問(wèn)題

嵌入式電子信息系統(tǒng)主要是由應(yīng)用程序、處理單元、操作系統(tǒng)、電源和復(fù)位等構(gòu)成，由于系統(tǒng)的硬件類型非常多，很多系統(tǒng)微小，只有1KB的存儲(chǔ)空間，程序空間也非常有限。大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般會(huì)結(jié)合特定的操作進(jìn)行，SRAM可以達(dá)到128MB。在系統(tǒng)應(yīng)用中，提出了實(shí)時(shí)性要求，需要系統(tǒng)的工作頻率非常高，并且采用64位處理器，其他的硬件性能要結(jié)合系統(tǒng)本身進(jìn)行分析。嵌入式電子信息系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存在很大的差別，在信息存儲(chǔ)中并不是采用硬盤的形式，一般都是采用EPROM進(jìn)行存儲(chǔ)，這是一種常見(jiàn)的閃存信息的方式。嵌入式電子信息系統(tǒng)的計(jì)算一般是在應(yīng)用程序中完成，而且結(jié)合各類硬件進(jìn)行計(jì)算輔助，要確保應(yīng)用程序和系統(tǒng)的接口相同，對(duì)內(nèi)存進(jìn)行管理，還要完善數(shù)據(jù)的調(diào)度和控制。系統(tǒng)的硬件具有不兼容的特征，軟件方面也存在不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致嵌入式電子信息系統(tǒng)的可靠性不高。嵌入式電子信息系統(tǒng)的儲(chǔ)存容量非常有限，在應(yīng)用程序使用環(huán)節(jié)中，需要借助EOS，但是嵌入式電子信息系統(tǒng)的使用要結(jié)合具體的環(huán)境，導(dǎo)致系統(tǒng)在使用中可靠性不高。

二、影響嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度的因素

如今，嵌入式電子信息系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)比較完善，而且很多行業(yè)都開(kāi)始使用這項(xiàng)技術(shù)，嵌入式電子信息系統(tǒng)中的功能也實(shí)現(xiàn)了多元化發(fā)展，而且系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)規(guī)模也越來(lái)越大。然而，在嵌入式電子信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，其故障率也在上升，并且出現(xiàn)了一些局限性。在嵌入式電子信息系統(tǒng)使用中，各類硬件設(shè)施對(duì)其可靠度產(chǎn)生決定性影響。一套完整的嵌入式電子信息系統(tǒng)有多個(gè)硬件設(shè)備構(gòu)成，隨機(jī)靜態(tài)存儲(chǔ)量非常大，閃存規(guī)模也在提升。不同的行業(yè)對(duì)嵌入式電子信息系統(tǒng)的應(yīng)用要求提出了不同的建議，在很多行業(yè)中，要求系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性特征。

在計(jì)算機(jī)使用中，硬盤負(fù)責(zé)讀取信息，嵌入式電子信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)讀取信息的方式存在很大的差異。在嵌入式電子信息系統(tǒng)中，通過(guò)閃存的方式讀取信息。系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)構(gòu)結(jié)合了操作系統(tǒng)和引用程序。在嵌入式系統(tǒng)中，二者可以將統(tǒng)一的接口提供給應(yīng)用程序，從而解決硬件功能的差異性。在具體的運(yùn)行中，相關(guān)的流程非常復(fù)雜，如果軟件的穩(wěn)定性差，或者硬件的兼容性差，都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低。嵌入式電子信息系統(tǒng)的應(yīng)用程序運(yùn)行需要借助EOS，但是配置中的容量不足，導(dǎo)致系統(tǒng)在應(yīng)用中的可靠性降低。

現(xiàn)在，嵌入式電子信息系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行中，其可靠性差，主要是由于系統(tǒng)在運(yùn)行中沒(méi)有一個(gè)可靠的運(yùn)行環(huán)境作為依托。在嵌入式電子信息系統(tǒng)中，運(yùn)行應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)構(gòu)成了系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境，由于系統(tǒng)的應(yīng)用程序之間的差異非常大，硬件環(huán)境的差異也非常大，硬件環(huán)境呈現(xiàn)出復(fù)雜性。嵌入式電子信息系統(tǒng)缺乏穩(wěn)定的操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)運(yùn)行中，要對(duì)相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)行管理，完成任務(wù)。然而，操作系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致系統(tǒng)的主要功能不能有效的使用。很多嵌入式的芯片與系統(tǒng)不存在兼容性，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性差。嵌入式電子信息系統(tǒng)的應(yīng)用程序存在局限性，導(dǎo)致系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不完整，編程環(huán)境變化大，給系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。

三、嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠度優(yōu)化模型

結(jié)合嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠性影響因素的分析，提出優(yōu)化方案。

（一）密度函數(shù)的優(yōu)化

故障密度指的是嵌入式系統(tǒng)故障發(fā)生的概率，導(dǎo)致故障發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)等，因此，故障密度是一類可以約束的條件，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件的分析，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中故障發(fā)生的頻率進(jìn)行計(jì)算，獲取故障約束函數(shù)，通過(guò)積分半解分析的方式，可以對(duì)系統(tǒng)故障密度進(jìn)行完善，降低故障的發(fā)生率。

（二）失效率的優(yōu)化

嵌入式電子信息系統(tǒng)的失效率主要是系統(tǒng)在運(yùn)行中，某個(gè)時(shí)段會(huì)發(fā)生失效，系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間后，又能處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。嵌入式電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中，早日失效率非常高，在對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整后，可以降低失效率。在失效期內(nèi)系統(tǒng)發(fā)生的故障率明顯提升，突發(fā)性過(guò)載會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失效產(chǎn)生。特定的失效期一般是系統(tǒng)內(nèi)部零件老化導(dǎo)致，系統(tǒng)使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，零部件已經(jīng)產(chǎn)生了磨損和耗損。

（三）平均壽命優(yōu)化

系統(tǒng)的平均壽命可以對(duì)嵌入式電子信息系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)，如果嵌入式電子信息系統(tǒng)運(yùn)行處于隨機(jī)狀態(tài)，并且呈現(xiàn)正態(tài)式分布的環(huán)節(jié)，在狀態(tài)集獲取后，就能將變量改變，獲得約束條件。結(jié)合約束條件，可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間和平均壽命之間的關(guān)系進(jìn)行分析，從而進(jìn)行有針對(duì)性的壽命優(yōu)化。

四、完善嵌入式電子信息系統(tǒng)可靠性的措施

（一）優(yōu)化系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)

嵌入式電子信息系統(tǒng)本身具有高度的穩(wěn)定性，但是系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)比較繁瑣，降低了可靠性。系統(tǒng)框架的復(fù)雜性，導(dǎo)致很多元件沒(méi)有實(shí)際的功能。嵌入式電子信息系統(tǒng)中，框架設(shè)計(jì)的繁瑣性是降低系統(tǒng)可靠性的最大因素。在繁瑣的框架中，只要出現(xiàn)一點(diǎn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)都不能穩(wěn)定的運(yùn)行。在系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，要簡(jiǎn)化系統(tǒng)框架的內(nèi)容，從而提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。在嵌入式系統(tǒng)中，繁瑣的框架只會(huì)適得其反。要花費(fèi)最少的時(shí)間和最低的成本，提升嵌入式電子信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在嵌入式電子信息系統(tǒng)中，簡(jiǎn)單的框架可以在系統(tǒng)升級(jí)中保持可靠性，也不會(huì)對(duì)其他模塊的功能產(chǎn)生任何的影響。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)合理的方案，提升嵌入式電子信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（二）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試

人類思維存在不全面的地方，無(wú)論思維多么精密的程序員都不能保證自己的設(shè)計(jì)完美。系統(tǒng)本身存在的漏洞會(huì)影響其運(yùn)行的可靠性，要想防止這些漏洞對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，就要在程序設(shè)計(jì)中謹(jǐn)慎分析，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行逐一檢查。僅僅依靠設(shè)計(jì)分析和隱患的排查還是不夠的，在系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)后，應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)密的設(shè)計(jì)。在嵌入式電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)該先進(jìn)行功能的測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容不僅僅包括程序員的測(cè)試，還要讓第三方進(jìn)行客觀的測(cè)試。在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)漏洞要及時(shí)修正，如果發(fā)現(xiàn)漏洞重復(fù)出現(xiàn)，要進(jìn)行二次測(cè)試。在嵌入式電子信息系統(tǒng)測(cè)試中，要進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，直到漏洞不再出現(xiàn)才能結(jié)束測(cè)試。只有測(cè)試通過(guò)后，系統(tǒng)的前期開(kāi)發(fā)階段才算完成，系統(tǒng)才能在市場(chǎng)上推廣。在測(cè)試中，要對(duì)重點(diǎn)環(huán)節(jié)反復(fù)強(qiáng)調(diào)，結(jié)合使用環(huán)境，在不同環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，及時(shí)修復(fù)漏洞。

（三）實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的使用

在完成了對(duì)嵌入式電子信息系統(tǒng)的測(cè)試后，可以選擇一些客戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行試用。進(jìn)行全面的外部測(cè)試。在外部測(cè)試完成后，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，嵌入式電子信息系統(tǒng)可以在市場(chǎng)上大量使用。再全面的測(cè)試也只能排除部分漏洞，不能確保所有的漏洞都被排除。在系統(tǒng)運(yùn)行后，由于用戶使用的環(huán)境存在很大的差別，他們使用的方法也大相徑庭，導(dǎo)致用戶在系統(tǒng)使用中會(huì)發(fā)現(xiàn)一些測(cè)試中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。在系統(tǒng)的應(yīng)用中，一些不易察覺(jué)的漏洞會(huì)給企業(yè)帶來(lái)致命的影響，用戶在嵌入式電子信息系統(tǒng)使用中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在不穩(wěn)定性，應(yīng)該第一時(shí)間處理。在系統(tǒng)處理中，找出系統(tǒng)漏洞產(chǎn)生的原因，做好記錄工作，防止漏洞反復(fù)出現(xiàn)。在嵌入式電子信息系統(tǒng)英語(yǔ)中，提升系統(tǒng)的可靠性是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，即使系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有出現(xiàn)漏洞，也不代表系統(tǒng)今后就不會(huì)出現(xiàn)漏洞。越是隱蔽的漏洞，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的危害越大。

（四）將系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)交給技術(shù)人員

在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)中，專業(yè)的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)可以更好的完成開(kāi)發(fā)工作。嵌入式電子信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)涉及到很多專業(yè)知識(shí)，專業(yè)的嵌入式電子信息系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期的實(shí)踐中積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，他們?cè)谝?guī)定的時(shí)間內(nèi)可以開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的系統(tǒng)。專業(yè)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員對(duì)自己的行業(yè)非常了解，可以提升嵌入式電子信息系統(tǒng)的可靠性，確保開(kāi)發(fā)的嵌入式電子信息系統(tǒng)的漏洞較少。對(duì)于那些經(jīng)驗(yàn)欠缺的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員，可以不斷的鍛煉和提升，不斷的成長(zhǎng)，多向經(jīng)驗(yàn)豐富的程序開(kāi)發(fā)人員學(xué)習(xí)，從而促進(jìn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作。

五、結(jié)語(yǔ)

如今，科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度非?？欤瑐鹘y(tǒng)的單片機(jī)被嵌入式信息系統(tǒng)所吞沒(méi)。嵌入式電子信息系統(tǒng)在可靠性層面上還存在一定的隱患，本文分析了系統(tǒng)可靠性隱患產(chǎn)生的因素，結(jié)合具體的模型的分析，提升系統(tǒng)的可靠度，完善了系統(tǒng)的測(cè)試，使得系統(tǒng)在各行各業(yè)得到大力的推廣。