汽车实时嵌入式系统中的软件健康监控技术

Based on the safety-critical domain requirements of real-time embedded automotive electronics systems, develop Software Health Management (SHM) techniques suitable for the automotive electronics environment. We plan to reference related research in the aerospace electronics systems, and build upon the industry standards AUTOSAR, FlexRay and CAN bus, monitor the health conditions of real-time embedded systems effectively under severely-constrained computing and communication resources, and make real-time responses to improve system health condition through runtime dynamic reconfiguration, in order to enhance system fault tolerance capability.

基于实时嵌入式汽车电子系统的安全关键领域需求,研发适用于汽车电子环境的软件健康监控(SHM)技术。借鉴航空电子系统的相关研究，围绕汽车电子领域的行业标准AUTOSAR, FlexRay与CAN总线，在计算与通信资源严重受限的条件下有效监控实时嵌入式系统的健康状况，并作出实时响应, 通过运行时动态重构来改进系统健康状况，提高系统容错能力。

作为现代汽车的大脑与中枢神经，汽车电子控制系统日趋复杂的并且高度安全关键。汽车电子系统在设计、开发和验证均面临重大挑战，包括混合关键性，硬实时性需求，高可靠性需求，为了降低成本而高度受限的硬件资源，应用和硬件平台的高度复杂性，较短的开发周期等。本项目针对此类以汽车电子为代表的安全关键而又资源受限的实时嵌入式系统, 围绕汽车电子领域的行业标准AUTOSAR与FlexRay总线，研发了实时系统设计，分析与优化算法与软件健康监控与容错技术。针对设计阶段，研发了针对单核，多核与分布式系统的实时调度分析与资源优化算法，在保证系统实时性的前提下降低片上内存等硬件资源需求，降低系统成本；针对运行阶段，研发了实时健康监控与容错技术，在硬件资源受限的条件下有效检测系统健康状况，提高系统容错能力。主要研究成果包括：1.混合关键性系统中的实时调度算法，共享资源同步协议与设计优化技术，用于混合关键性系统的安全认证与硬件成本降低；2.分层内存系统与实时调度算法的协同优化算法，用于降低对于片上内存资源的需求并优化实时性能或降低能耗；3.轻量级软件控制流检验与健康监控技术，用于在满足实时性约束的条件下提供可调的可靠性保障；4.低成本高可靠嵌入式系统的设计与实现, 包括面向汽车电子与面向微小卫星的实时操作系统，以及相关的设计工具和仿真测试平台，用于理论研究成果在实际嵌入式平台上的部署与测试。