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快速追蹤物聯網功能安全性

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現今醫療保健、工業自動化和運輸應用程式使用的電子子系統非常複雜。除了要求具有非常高的效能之外,快速的新產品上市時間也非常重要。

例如,提供人工呼吸的呼吸器,為無法自行呼吸的病人提供氧氣。新冠肺炎疫情促進了醫院加護病房 (ICU) 對呼吸器的即時需求。但是,儘管需要進行快速部署,但安全關鍵系統仍須遵守安全標準。

功能安全 (FuSa) 涉及正確操作或發生故障的可預測性(故障安全),以應對各種情境。這些情況包括有問題的訊號輸入,例如:人為錯誤、硬體故障、軟體錯誤,以及環境和作業條件所引發的壓力。為了解決這些問題,安全關鍵系統必須遵守複雜的功能安全標準,例如 IEC 61508 和 ISO 13849。

功能安全合規性的安全島

最新的 Intel Atom® x6427FE 和 x6200FE 處理器(以前稱為 Elkhart Lake)為安全關鍵系統設計人員提供增強功能,這些功能簡化了能夠搭載多核高性能計算的功能安全設計。這提供了將與安全相關以及與安全無關的工作負載整合到單一平台上的能力。

整合式 Intel® 安全島 (Safety Island) 減少了客戶在執行安全機制、協調 HW 和 SW 診斷,以及監控客戶安全應用程式方面的經常性支出。

除了 Atom x6000E 處理器整合並由 Intel 安全島 (Safety Island) 協調的功能安全性 (FuSa) 功能之外,Intel® SoC 也支援與乙太網路對網路敏感網路 (TSN) 等技術合作,為功能安全的物聯網部署提供確定性與即時通訊。這很重要,因為TSN 確定性對於複雜的分布式處理環境必須以同步方式運作的功能安全應用程式很重要。

減少物聯網開發複雜性

即使面對新產品上市時間的需求,開發人員也必須考慮到未來設計的需求,以滿足不斷發展的新應用程式日益增加的運算需求。對於那些希望在日益激烈的市場競爭中乘勢而上的設備製造商而言,一個解決方案是採用基於智慧行動架構電腦模組(SMARC 或 SMARC COM)的策略。

與傳統單板電腦不同,SMARC COM 的設計並非為使用標準連接器,以直接連線到主機板上的輸入/輸出而設。反之,SMARC COM 已插入載有任何額外元件和子系統的載板。這讓它能提供核心運算功能,而載板提供「秘密武器」,讓系統設計人員能夠區別自己與競爭者的產品。

在保持同一載板的條件下,能夠將業界標準的 SMARC COM 汰舊換新,如此提供了可擴充性、快速上市時間和升級能力,同時保持低成本、低功耗和小體積。使用業界標準 SMARC COM,可提供專有設計無法提供的第二種來源選項。

SMARC 模組能滿足安全關鍵系統

建立安全關鍵產品時,領先的嵌入式硬體製造商 (諸如 SECO) 會在 SMARC COM 模組 (如 SM-C93) 中置入 Intel Atom x6000E 處理器的安全與安全性(圖 1)。

SMARC模塊的PCB佈局圖
圖 1. SECO SMARC 模組為安全相關物聯網系統中的功能安全專門設計。(來源:SECO

SECO 的硬體研發經理 Lorenzo Veltroni 表示:「基於功能安全性限制相關額外設計所帶來的影響,要解決效能和連線能力日益增長的需求尤其困難,」。「原則上,這同時影響到整合與認證。這正是 SECO SMARC 模組的絕佳優勢:能在小尺寸上提供功能安全。」

SECO 的軟體研發與 DevOP 主管 Marco Sogli 補充道:「隨著 Atom x6000E 的應用,許多功能安全功能已可使用,並且因產自 Intel 而能輕鬆認證。如此一來,SM-C93 便有助於降低複雜性,並將開發時間縮短到六個月以內。」

透過將合格的功能安全元件直接包含在 SMARC 模組中,同時完整文件,SECO 能使客戶更容易能更快速地通過 IEC 61508和 IO 13849 認證流程。

功能安全整合開啟了通往新應用程式的大門

「在醫療保健業中,使用功能安全標準可讓醫療保健與生物醫學機器能防止危險狀況,」 Veltroni 說道。「在這些情境中,偵測故障與異常可協助防止對病人與使用者的傷害。」

但是具有功能安全功能的 Atom x6000E 處理器 (以及 SECO SMARC 模組等系統),也適用於醫療保健領域外的案例。它們適用於各種安全關鍵和關鍵任務的應用,包括工業控制、機器人技術、交通運輸等等。

舉例來說,SECO 正致力將其 SMARC 模組進一步整合到一項工業應用程式中。「在設計自動化設備和流程時,確保員工與環境安全是關鍵優先考量,」Veltroni 說道。「而在這種環境下,功能安全式在可能出現故障時,消除不可接受的風險所需的技術Intel Atom x6000E 便是實現此可能性的關鍵。」

 

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作者簡介

Brandon is responsible for Embedded Computing Design’s IoT Design, Automotive Embedded Systems, Security by Design, and Industrial Embedded Systems brands, where he drives content strategy, positioning, and community engagement. He is also Embedded Computing Design’s IoT Insider columnist, and enjoys covering topics that range from development kits and tools to cyber security and technology business models. Brandon received a BA in English Literature from Arizona State University, where he graduated cum laude.

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