嵌入式實(shí)時控制系統(tǒng)是指在系統(tǒng)規(guī)定的時間間隔內(nèi)，調(diào)節(jié)或強(qiáng)制被控制對象完成預(yù)定動作或做出及時響應(yīng)；能對輸入做出快速響應(yīng)、快速檢測和快速處理；并能實(shí)時提供現(xiàn)場驅(qū)動操作信號，以實(shí)現(xiàn)對被控對象控制的系統(tǒng)。嵌入式實(shí)時控制系統(tǒng)軟件方面的不可靠情況較少，而硬件故障時有發(fā)生。

    在硬件可靠性方面，已有學(xué)者都進(jìn)行了相關(guān)研究：Bobbio等人[1]對單部件Markov模型進(jìn)行了可靠性分析；Kuo和Zuo[2]對n取k表決系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性模型總結(jié)，并提出了優(yōu)化策略；Arulmozhi[3]對異構(gòu)部件組成的k/n表決系統(tǒng)提出了一種簡單而有效的計(jì)算模型；Sherwin和Bossche[4]對備用系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性研究與分析；Pukite[5]對一些常見的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了Markov建模，同時對這些硬件結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行了歸納總結(jié)；梅登華等[6]人對鐵路信號控制系統(tǒng)的硬件可靠性進(jìn)行了研究。這些研究對提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性具有十分重要的意義，但對嵌入式實(shí)時控制系統(tǒng)硬件可靠性來說，還需要對其進(jìn)行深入細(xì)致的研究。
1 ERCS目標(biāo)定義
    在對嵌入式實(shí)時控制系統(tǒng)ERCS(Embedded Real-time Control System)硬件可靠性進(jìn)行研究之前，需先定義其硬件構(gòu)成。任何ERCS的硬件都由EDU和IP硬核組成。IP硬核由電子元器件EC(Electronic Components)、電路及其結(jié)構(gòu)CiS(Circuit and its Structure)、電路板CB（Circuit Board）和執(zhí)行裝置ED（Executive Device）等組成。
    ERCS硬件組成的每個部分，都具有一定的約束，即：電子元器件IEC1不超過N1、可選電路及其結(jié)構(gòu)ICiS2不能超過N2，……、電路板布線方式ICBn不能超過Nn-1、執(zhí)行裝置可選種類或可選裝置不超過Nn；而某種功能的可選硬件有多種，這些可選的硬件具有不同的可靠性參數(shù)[7]。
 
   

 

3 算例分析
    參考文獻(xiàn)[16]設(shè)計(jì)了嵌入式車站信號聯(lián)鎖控制器，應(yīng)用本文的ERCS硬件可靠性模型對其進(jìn)行可靠性分析。
3.1 控制器硬件的可靠性
    嵌入式聯(lián)鎖控制器采用冗余結(jié)構(gòu)，單控制器硬件包括MCU、通信模塊和外圍接口等，具體硬件設(shè)計(jì)可參見參考文獻(xiàn)[16]。對嵌入式聯(lián)鎖控制器的單個MCU的各個組成模塊進(jìn)行分析，得到如圖4所示的基本任務(wù)可靠性框圖[17]。
3.2 各IP硬核可靠度
    依據(jù)本文模型，以圖5所示的嵌入式聯(lián)鎖控制器的電源電路為例，查閱各組成電路的手冊，得到如表1所示的各種芯片及器件的失效率。

    本文針對ERCS硬件進(jìn)行了可靠性建模與分析，并結(jié)合具體實(shí)例，通過對嵌入式聯(lián)鎖控制器硬件采用本文的可靠性模型進(jìn)行可量化計(jì)算可知，該模型適合實(shí)時控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)RCS硬件可靠性進(jìn)行量化計(jì)算；同時，該模型適合對ERCS硬件可靠性進(jìn)行分配與計(jì)算，具有可接受性、普遍性和數(shù)據(jù)真實(shí)性，符合IEC61165標(biāo)準(zhǔn)。
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