了解何時(shí)以及為何系統(tǒng)可靠性很重要

盡管我們試圖避免或阻止它，但失敗確實(shí)發(fā)生了。重要的是要為失敗做好準(zhǔn)備，這樣我們才能快速處理或解決它。但并非所有的失敗都是相似的。例如，您每天使用的筆記本電腦可能會(huì)不時(shí)出現(xiàn)故障。如果設(shè)計(jì)良好，您只需重置機(jī)器即可使其恢復(fù)到原始狀態(tài)。正如 Maxim Integrated 微控制器專家 Carlos Rodriguez 所說：“我們并不總是擁有手動(dòng)復(fù)位和能夠復(fù)位我們正在設(shè)計(jì)的設(shè)備的這種奢侈。”

Rodriguez 最近在 Maxim 的虛擬傳感器體驗(yàn)期間主持了一場網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)，題為“系統(tǒng)可靠性何時(shí)以及為何重要”。在會(huì)議中，他強(qiáng)調(diào)了維護(hù)系統(tǒng)可靠性的一些主要挑戰(zhàn)，以及一些幫助您保持系統(tǒng)正常運(yùn)行的解決方案。

為了構(gòu)建他的討論，Rodriguez 概述了四種系統(tǒng)可靠性確實(shí)不容談判的場景：

設(shè)備不易訪問：農(nóng)業(yè)或工業(yè)應(yīng)用就是這種情況，在這些應(yīng)用中，一片田地或制造設(shè)施內(nèi)可能有數(shù)百個(gè)傳感器。在這些情況下必須在物理上定位故障傳感器并不是一種可持續(xù)的經(jīng)營方式。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 環(huán)境中，如果傳感器位于難以到達(dá)的位置，則可能需要停止生產(chǎn)線來解決問題。

保持穩(wěn)健的溝通至關(guān)重要。一個(gè)例子是緊急響應(yīng)設(shè)備，其中丟失的通信可能會(huì)造成毀滅性的后果。

連續(xù)處理至關(guān)重要。例如，心臟起搏器等醫(yī)療設(shè)備不能暫時(shí)停止工作；否則，后果可能是致命的。

存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)很有價(jià)值。此場景中的示例包括加密硬件錢包應(yīng)用程序。如果存儲(chǔ)私人加密密鑰的內(nèi)存位置被破壞，則可能會(huì)阻礙對資金的訪問。

可能出錯(cuò)并導(dǎo)致系統(tǒng)失敗的三個(gè)主要問題是什么？Rodriguez 指出，代碼中可能存在損壞，導(dǎo)致無法生成所需的輸出。數(shù)據(jù)可能會(huì)丟失或損壞?；蛘?，當(dāng)數(shù)據(jù)從 A 點(diǎn)傳輸?shù)?B 點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)問題。

深入研究這些系統(tǒng)故障的根本原因，羅德里格斯指出了兩個(gè)關(guān)鍵問題和解決方法。其中一個(gè)問題是我們看不到的東西：阿爾法粒子。從太空傾瀉而下的宇宙射線包含這些阿爾法粒子，它們會(huì)在電子設(shè)備的內(nèi)存中引發(fā)不希望的位翻轉(zhuǎn)，并導(dǎo)致：

系統(tǒng)故障

內(nèi)存損壞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失

不可預(yù)測的設(shè)備輸出

以及其他突發(fā)事件

設(shè)備的內(nèi)存越大，出現(xiàn)位錯(cuò)誤的可能性就越大，因?yàn)?alpha 粒子進(jìn)入這些區(qū)域的可能性就越大。當(dāng)筆記本電腦等設(shè)備以這種方式受到阻礙時(shí)，您可以將其重置。但如果它是一個(gè)無法重置的設(shè)備，則該系統(tǒng)的內(nèi)存中需要糾錯(cuò)碼 (ECC)。ECC 檢測內(nèi)存中位錯(cuò)誤的確切位置并糾正這些錯(cuò)誤?！癊CC 將提高內(nèi)存的穩(wěn)健性，并降低系統(tǒng)在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)發(fā)生故障的可能性，”Rodriguez 說。

黑客提出了另一個(gè)關(guān)鍵問題。Rodriguez 說，眾所周知，黑客可以找到多種方法來改變設(shè)備的性能。例如，通過：

在通信中交叉數(shù)據(jù)并用虛假信息代替

將代碼注入微控制器以改變應(yīng)用程序的行為

從存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中竊取信息

Rodriguez 說，解決方案是將具有強(qiáng)大安全功能的微控制器集成到您的設(shè)計(jì)中，例如：

加密引擎

循環(huán)冗余碼 (CRC)

安全引導(dǎo)加載程序

真隨機(jī)數(shù)生成器 (TRNG)

安全的非易失性密鑰存儲(chǔ)

他說，這些功能使黑客更難進(jìn)行任何形式的篡改。

用于高可靠性系統(tǒng)的微控制器

Maxim Integrated推出了一款旨在保持系統(tǒng)高可靠性的低功耗微控制器：MAX32670，它基于 100MHz Arm ? Cortex ? -M4 處理器和一個(gè)浮點(diǎn)單元。其嵌入式內(nèi)存包括帶 ECC 的 384KB 閃存、帶可選 ECC 的 160KB SRAM 和帶 ECC 的 16KB 統(tǒng)一緩存。為了安全起見，該設(shè)備具有安全引導(dǎo) ROM、安全非易失性密鑰存儲(chǔ)、TRNG、CRC 16/32 和高級加密標(biāo)準(zhǔn) (AES) 128/192/256。該器件具有高能效，在活動(dòng)模式下運(yùn)行低至 44μA/MHz，在最低功耗睡眠模式下運(yùn)行大約 0.1μA，并采用 5mm x 5mm TQFN 封裝（即將推出更小的 WLP）。

“就可靠性而言，它真的會(huì)讓您將系統(tǒng)提升到一個(gè)新的水平，”Rodriguez 說。

采取下一步

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