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通過X-CUBE-STL自測庫實現工業功能安全

星星科技指導員 ? 來源:意法半導體 ? 作者:意法半導體 ? 2022-05-12 15:40 ? 次閱讀

我們的功能安全計劃現在包括幾乎所有 STM32 設備的文檔和新的X-CUBE-STL自測庫,從而創建了能夠在安全完整性 2 級和 3 級認證系統中運行的最廣泛的通用微控制器系列。目前唯一缺少的 MCU 是STM32MP1、STM32L5和STM32H7雙核,但 X-CUBE-STL 將在年底前支持所有這些。此外,我們改進了功能安全頁面,以便更輕松地找到各種 ST 資源,這些資源將幫助希望獲得工業、汽車或家用電器認證的工程師。它還列出了ST 授權合作伙伴提供實時操作系統、開發工具、工程服務和培訓,以確保團隊能夠跨越從概念驗證到商業產品的橋梁。

國際電工委員會將安全定義為“免于遭受不可接受的人身傷害或人身健康損害風險”。在設計嵌入式系統時,功能安全涵蓋了依賴于該系統的安全的各個方面。例如,在制造工廠中,功能安全可確保控制機器人的電路正常故障,而不是傷害其操作員。在醫療應用中,標準保證用戶通過使用警報來了解故障,除其他外,以防止有害使用。由于我們的 STM32 微控制器無處不在,因此看到所有這些微控制器都可以直接通向工業應用的 IEC 61508 對我們來說至關重要。

X-CUBE-STL 之前:開始使用 IEC 61508 的所有文檔

IEC 61508 管理各種行業和應用中電氣和電子系統的功能安全。然而,許多 STM32 用戶在風險更高、要求更嚴格的工業環境中工作時尋求認證。該標準的第一個重要方面是安全生命周期。首先,工程師必須記錄他們為實現功能安全而采取的所有步驟和措施,從最初的設計操作一直到產品的退役。該過程包括風險分析、安全協議和驗證、維護以及許多其他方面。

我們的功能安全計劃對工程師來說是一個很好的起點,因為它為所有 STM32 微控制器提供了“安全手冊”,確保他們可以開始著手定義其產品的生命周期。該文檔可在每個 STM32 系列的 ST 頁面上下載,其中描述了用戶在安裝和操作方面的責任。這些手冊側重于 IEC 61508 合規性,但也可以幫助工程師尋求擴展到其他安全認證,例如 ISO 13849,用于安全機器。我們提供故障模式和影響分析 (FMEA),其中列出了所有 MCU 故障模式以及如何緩解它們。我們還提供故障模式影響和診斷分析 (FMEDA),它是前者的擴展,用于計算 MCU 和功能級別的故障率。

X-CUBE-STL:自測庫可更快獲得 SIL 2 或 SIL 3 認證

IEC 61508 的第二個方面是安全完整性等級或 SIL 的分配。在進行危險分析后,確定可能出現的問題以及對人員或環境造成的損害程度,然后進行風險評估以確定危險可能發生的頻率或可能性。從這些分析中,功能安全標準得出安全要求或 SIL。有四個級別,第一個是最寬松的,第四個是最嚴格的標準。SIL 4 傳統上用于鐵路或核應用。SIL 1 較為寬松,傾向于適用于代碼,而 SIL 2 和 3 在為工業應用設計的硬件中更為常見,兩者之間的主要區別在于要求在 SIL 3 中執行冗余測量。

為了開始獲得 SIL 2 或 SIL 3 認證,團隊首先選擇具有符合其應用要求的硬件安全功能的 STM32。例如,我們所有的 MCU 都有雙看門狗,但只有 STM32G0、STM32G4、STM32H7、STM32L4/L4+ 和 STM32L5 有 ECC 閃存,其中只有 STM32H7 有 ECC SRAM,傳統上只有需要高性能 MCU 的應用。

團隊還可以使用 X-CUBE-STL 中提供的自測庫來開始實施故障檢測機制。例如,它們可以幫助發現 CPU、SRAM 或閃存中的隨機故障。X-CUBE-STL 的診斷能力通過故障注入方法進行驗證,以提高客戶對我們解決方案的信心。為了使這些庫更易于訪問,我們將它們作為目標代碼提供,這意味著它們可以潛在地集成到任何應用程序中,并且開發人員可以使用任何編譯器。

功能安全:STM32 和 STM8 系列 MCU 的獨特地位

X-CUBE-STL 存在于 ST 生態系統中,旨在幫助工程師獲得比 IEC 61508 更多的認證。例如,我們更新了我們的STM8A-SafeASIL新安全文檔和自測庫規范。我們不提供庫本身,而是提供包括一組實現它們的要求的規范,因為這個包主要針對那些無論如何都會自己編寫庫的客戶。我們還提供針對家用電器的 IEC 60335-1/60730-1 封裝。X-CUBE-CLASSB用于 STM32 MCU,而STM8 -SafeCLASSB適用于STM8。它們都包含安全文檔和自測庫,以及它們的源代碼。由于這些認證遠沒有 IEC 61508 嚴格,因此我們提供源代碼來幫助希望研究我們實現的開發人員。

所有這些軟件包都將我們的 STM32 和 STM8 通用微控制器變成了最復雜協議的理想選擇。傳統上,針對這些標準的 MCU 是定制產品,這意味著它們要貴得多,并且使用的硬件規格有時會以某種方式更加令人望而卻步。ST 的方法因此是獨一無二的,因為我們使這些標準更容易獲得并提供了一個重要的合作伙伴網絡。盡管文檔和自測庫非常棒,但我們知道它們只是漫長過程中的第一步。許多團隊經常低估與獲得認證相關的困難,這就是為什么我們有 ST 合作伙伴,他們了解我們的設備,并且可以確保工程師通過運送認證產品越過終點線。

審核編輯:郭婷

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