AI schuift functionele veiligheid verder naar voren
In een wereld van toenemende automatisering van machines, aangedreven door kunstmatige intelligentie (AI), is functionele veiligheid een essentieel onderdeel van het engineeringproces voor autonome voertuigen, industriële IoT, robotica en vele andere gebieden.
Het kan - en moet ook - worden beschouwd als een essentieel onderdeel van het ontwikkelingsproces voor systemen en hun respectievelijke IP-componenten.
Het IP-bedrijfsmodel
Herbruikbare IP is een cruciaal element in de SoC-ontwerpbusiness.
SoC-integrators profiteren op twee manieren: ze besparen geld door IP-licenties te verlenen voor aanzienlijk minder dan de kosten van het ontwikkelen en ondersteunen van dat IP-adres, en ze besparen tijd omdat het IP-adres al is ontworpen en geverifieerd.
IP-ontwikkelaars kunnen hun bedrijf richten op IP waar ze specialistische kennis en ervaring hebben.
Ze verlenen licenties voor het IP-adres tegen een lagere prijs dan de ontwikkelingskosten van dat IP-adres, maar ze verlenen het aan veel SoC-integrators om een voldoende rendement op hun investering te behalen.
Om de waarde van het IP te maximaliseren, moet de SoC-integrator het kunnen gebruiken zonder tijd en moeite te hoeven investeren in het begrijpen van de details van het ontwerp.
Om dit mogelijk te maken, levert de IP-leverancier een pakket ter ondersteuning van het integratie- en gebruiksproces, waaronder:
- ondersteuning en onderhoud inclusief documentatie
- simulatie-omgeving.
- Scripts ter ondersteuning: machtsanalyse; simulatie; timing analyse; synthese; functionele veiligheid.
Vooruitgang in AI, vooral met behulp van kunstmatige neurale netwerken, heeft geleid tot een dramatische toename van de vraag naar intelligente elektronische systemen.
Waar deze systemen die intelligentie gebruiken om hun omgeving te begrijpen en die kennis gebruiken om apparatuur op een autonome manier te besturen, moet het potentiële risico voor het leven tot een aanvaardbaar niveau worden beheerd.
Een van de plaatsen waar deze overweging het meest prominent is, is in de auto-industrie, met geavanceerde rijhulpsystemen (ADAS) en de beweging naar volledig autonome voertuigen.
Risicobeheersing wordt bereikt door de toepassing van functionele veiligheidsoverwegingen bij het ontwerp van deze geautomatiseerde systemen, met de ISO 26262 functionele veiligheidsnorm als een specifieke afgeleide van de algemene functionele veiligheidsnorm IEC 61508 voor elektrische en elektronische systemen.
Functionele veiligheid
Functionele veiligheid is intrinsiek end-to-end in omvang om ervoor te zorgen dat het systeem werkt om het risico op letsel te minimaliseren in de aanwezigheid van fouten die kunnen optreden. Deze fouten vallen in twee hoofdcategorieën: systematisch en willekeurig.
Systematische fouten zijn aanwezig in alle implementaties, mogelijk als gevolg van een ontwerpfout. Deze fouten worden verholpen door middel van effectieve ontwikkelingsmethodologieën die worden aangestuurd door een kwaliteitsmanagementsysteem dat is gedocumenteerd om onafhankelijke traceerbaarheid en audit mogelijk te maken, en dat zowel op het totale systeem als op elk IP-adres van toepassing is.
Willekeurige fouten zijn tijdelijke fouten, zoals zachte fouten als gevolg van straling en interferentie als gevolg van EMI of stroomstoringen; permanente fouten als gevolg van kortsluiting; afhankelijke fouten als gevolg van storingen of gerelateerde elementen in een systeem; en latente fouten waarbij de impact van de fout enige tijd niet kan worden waargenomen. Deze fouten worden verholpen door een combinatie van zelftestmogelijkheden, hardwareveiligheidsmechanismen en functionele redundantie.
Het niveau van functionele veiligheid op systeemniveau wordt bepaald aan de hand van gedetailleerde storingsmodi, effecten en diagnostische analyse (FMEDA), en is afhankelijk van de analyse van elk IP.
De FMEDA-techniek houdt rekening met:
- alle elementen van het ontwerp;
- de functionaliteit van elk element;
- de faalwijzen van elk element;
- het effect van de storingsmodus van elke component op de productfunctionaliteit;
- het vermogen van een automatische diagnose om de storing te detecteren;
- de ontwerpsterkte (de-rating, veiligheidsfactoren); en
- het operationele profiel (omgevingsstressfactoren).
De functionele veiligheidsnorm ISO 26262 definieert veiligheidsniveaus voor de auto-industrie (ASIL's) ter ondersteuning van deze analyse van ASIL A tot en met het meest robuuste niveau, ASIL D.
Op systeemniveau kunnen de veiligheidseisen in onafhankelijke elementen worden weergegeven. Hierdoor kan het systeem een hoog functioneel veiligheidsniveau bereiken, zoals ASIL D met componenten die onafhankelijk een lager afgebroken functioneel veiligheidsniveau bereiken, zoals ASIL B [D].
De functionele veiligheidsnorm ISO 26262 in deel 2, 9 maakt deze ASIL-ontleding mogelijk om het ontwikkelingsproces voor elk van de onafhankelijke elementen te vergemakkelijken.
Dit mechanisme is vooral handig voor complexe IP zoals de MIPS I6500F high-performance, multi-core processor, die is ontworpen om ASIL B te ontleden van D: ASIL B (D).
Het gebruik van FMEDA op systeemniveau vereist het gebruik op componentniveau en moet daarom deel uitmaken van het IP-pakket.
Veiligheidselement uit zijn verband
Het IP-bedrijfsmodel is gebaseerd op het in licentie geven van hetzelfde IP-adres aan veel klanten.
Een groot deel van de waarde van het IP is gebaseerd op het vermogen van de klant om het te gebruiken zonder gedetailleerde kennis van dat IP of de vereiste om dat IP te wijzigen.
De ISO 26262 functionele veiligheidsnorm beschrijft een veiligheidselement buiten de context (SEooC) in ISO 26262 - 10, clausule 9 als een veiligheidsgerelateerd element dat niet is ontwikkeld voor een specifiek item (dwz in de context van een bepaald voertuig).
Een SEooC kan een systeem zijn, een reeks systemen, een subsysteem, een softwarecomponent of een hardwarecomponent.
Door een IP-kern als SEooC te kwalificeren voor een specifiek functioneel veiligheidsniveau zoals ASIL B [D], zoals Imagination heeft gedaan met de krachtige, heterogene MIPS I6500F-multiprocessor, kan functionele veiligheid worden ondersteund met herbruikbare IP.
Er zijn twee belangrijke voordelen voor een SoC-integrator door het gebruik van IP van derden als SEooC:
De SoC-integrator kan de gedocumenteerde FMEDA-analyse die als onderdeel van het SEooC IP-pakket wordt geleverd, rechtstreeks in hun systeemanalyse gebruiken, waardoor aanzienlijke tijd en kosten worden bespaard en de voordelen van IP-gebruik door derden behouden blijven.
- De IP-ontwikkelaar heeft volledige kennis van en toegang tot het IP-ontwerp, zodat hij de functionele veiligheidsmogelijkheden veel efficiënter en effectiever kan implementeren dan de SoC-integrator.
- Functionele veiligheid moet een integraal onderdeel zijn van het ontwikkelingsproces voor zowel het systeem als elke IP-component. Het leveren van IP als een SEooC maakt dit mogelijk, terwijl de wederzijdse voordelen van het herbruikbare IP-bedrijfsmodel behouden blijven.
Over de auteur
