MCU应用系统的可靠性设计纲要V0.5

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北京航空航天大学（100083） 何立民

   MCU应用系统的可靠生设计是提高MCU应用系统设计水平的热点问题，是北京单片机联谊会第五次专题研讨会（1999年三月份）的中心议题。笔者以近年来在MCU应用系统考虑的可靠性设计诸多问题形成的可靠性设计纲要V0.5呈现给读者，借机抛砖引玉。由于V0.5版本，错误难免，该纲要会成为作者未来的《MCU应用系统设计基础》中的一章，希望获得广大读者的支持与帮助。

  单片机（MCU）作为一个智能系统，其可靠性含义很广；在现代微电子技术、系统集成、超大规模、高可靠性的IC支持下，应用系统的可靠性具有新的特点；智能系统的智能行为可实现可靠性的增强控制而随软件设计比重加大会突出软件可靠性设计的地位，来函可寄北京航空航天大学出版社（100083）转单片机联谊会收。

    1.可靠性设计概述

    1.1 可靠性与可靠性设计

    可靠性:电子产品在规定条件下能否准确无误运行的衡量尺度.

可靠性设计:产品全过程中,保证可靠性的全部设计手段。

    1.2 MCU 应用系统可靠性特点

        背景：智能系统,可控器件、微电子技术、高可靠集成器件。

    本质可靠性：与生俱来的可靠性。

    可靠性控制：通过感知、分析、判断、决策、控制手段，提高系 统的可靠性。在硬件支持下的软件控制，感知外界运行环境状况作出对策，系统自检与修复、超限早期报警；噪声失敏的控制与管理。

    拟人化的可靠性设计：排序运行的可靠性、控制方案的可靠性、噪声失敏的控制与管理。

    智能系统中的多值可靠性：正常、失效界限中的出错现象。

1.3 可靠性设计的现状与前景

    产品设计的三位一体：功能性设计、可靠性设计、产品化设计。

    可靠性设计现状：技术教育缺陷导致可靠性观念的缺陷；没有形成智能系统可靠性设计的理论、内容的方法。

    可靠性设计前景：智能系统、微电子技术、新器件、新工艺；SMT的专业化设计、可靠性专用器件大力发展、外围器件高综合品质；HCMOS器件开创新纪元。

1.4 可靠性设计的内容与特点

    可靠性设计特点：过程性、添加性、隐含性、遍布性。

    大规模集成电路超长寿命的可靠性支持：正常运行下的超长寿命、可靠性设计的内在保障。

    举足轻重的软件可靠性设计：在可靠的硬件支持下，软件的本质可靠性、可靠性控制。

    可靠性设计内容：硬件本质可靠性设计、可靠性控制支持、PCB可靠性设计、电源系统可靠性设计、软件的可靠性设计与可靠性控制。

2.可靠性设计基础

    2.1 MCU应用系统的可靠性

    动态可靠性与静态可靠性：系统的静态、准确态、动态运行。

    静态可靠性：静态参数余度。

    动态可靠性：动态参数余度。

    原则：最大的静态时间、足够的动态可靠性余度。

    隐藏性可靠性与显性可靠性

    显性可靠性问题：直接导致产品出错的所有可预见性问题。明显的投入效果、二值性、直接影响运行，研制中解决。

    隐性可靠性问题：系统可靠性余度。效果隐含、立竿不见影，隐性可靠性设计似是而是。

    本质可靠性与可靠性控制

    本质可靠性：系统可靠性基础，电路的可靠性、器件的可靠性、设计语言的可靠性、系统结构的可靠性、工艺的可靠性、专用可靠性器件保证，可靠性问题登录与可靠性控制支持。

    可靠性控制：总体设计中的硬件支持，软件可靠性控制的可靠性增强。

2.2 MCU应用系统的可靠性等级

    可靠性等级的客观性：客观存在、客观需要。

        可靠性等级的划分依据：系统类型、人机耦合度、环境品质。

    可靠性等级划分的意义：可靠性设计投入、项目洽谈中的准星、产品研发中的难度评定。

    2.3 应用系统可靠性设计原则

    约定激励到约定响应的唯一性准则：系统中的约定激励与约定响应，非约定激励与非约定响应；软件的唯一性设计与唯一性的可靠性设计保证。

    唯一性准则的可靠性设计：约定激励到约定响应路径的顺畅；非约定激励的屏蔽；约定激励增强；非约定响应的约束及无害化处理。

    可靠性的全局保证：具体产品开发中的软、硬件可靠性设计；科技管理的质量保证体系；可靠性的文档资料制度，预研中的彻底研究与可靠性登录、可靠性实践累计登录等；可靠性设计的可靠性分析等。

    2.4可靠性设计的可靠性评估

    可靠性设计的软、硬件开销带来新的可靠性问题；可靠性的无害原则，冗余删除、隐性可靠性设计审核。

3. 硬件系统的可靠性设计

3.1 总体方案的可靠性设计

    尽可能选择数字系统：噪声容限很大，可靠远传、抗干扰、易处理。

    时钟宜低不宜高：高总线速度，电磁兼容性、双时钟、关断控制。

    高级语言设计：设计傻瓜化、规范化及可靠的库函数支持。

    最大限度地简化、优化体系结构：单片化系统集成、串行扩展。

    先进的系统制造工艺：系统集成、专业化SMB设计、加工、可靠的PCB设计方法。

    可靠地供电与供电管理：市电净化设计、总线分布式电源，时空的供电管理。

3.2 器件选择的可靠性设计

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