瑞薩功能安全IEC61508解決方案介紹（1）

原創瑞薩MCU小百科 2024-12-25 12:02

【8.13 上海】西門子AI原生設計重構芯片到系統全鏈路|7大論壇解密 測試中斷？接觸漂移？5 道題找到根因

瑞薩電子的產品，涵蓋了工業自動化的控制層到訪問層。控制層包括工廠自動化、系統/工業網絡和系統監控等要素。瑞薩電子一直為控制層到接入層提供各類MPU/MCU解決方案。

在瑞薩，我們有三種基于標準的功能安全解決方案：

汽車級ISO26262
家用電器IEC60730
工業自動化IEC61508

需要產品及方案支持

請掃碼登記

今天主要針對的是IEC61508這個廣泛用于工廠自動化和過程自動化領域的、基于半導體或者MCU設計的功能安全。在IEC61508標準提到的SIL是指，安全完整性等級的英文縮寫。安全完整性等級細分為SIL1、SIL2、SIL3、SIL4四個等級，SIL4等級最高（如火車、基礎設施）。IEC61508需要根據數據分析來證明安全的可能性，而且也需要開發過程的驗證。汽車級IO26262客戶需要根據最終產品申請認證，但不需要認證機構認證，瑞薩作為供應商根據標準提供自認證。

那人們為什么需要功能安全呢？大家都知道，人總是會犯錯誤的，機器也有可能損壞。隨著越來越多的工業應用使用自動化，越來越需要將安全措施納入到設備中，以防止或盡量減少人的生命和社會財產等損失。

IEC61508是行業使用的代表性安全標準，由SIL1至SIL4的安全完整性等級（SIL）定義。最近，認證機構制定的SIL3標準已成為工業設備的標準。在工業類應用當中，第三方認證是必須的，不允許自我聲明。

由于IEC61508側重于使用電氣/電子/可編程電子設備的系統，對于使用MCU等組件開發這些應用程序的客戶來說，這是一個很好的指標。所以，除了MCU在工廠自動化當中的應用，我們也看到MCU作為功能安全也可以應用于其他各種的應用，比如，我們最近也發現其他的一些行業或應用也部分開始研究IEC61508標準，并作為開發功能安全系統的參考。如醫療、樓宇自動化系統、電池系統和服務機器人。所以，我們也不斷收到一些客戶對這些行業或應用的一些咨詢，即使目前還沒有看到非工業自動化應用將大規模的采用IEC61508的大浪潮，但是我們一直持續在關注這一點。

功能安全應用

那我們來看一下典型的工業自動化安全系統：

這里顯示的就是一個典型的工業自動化安全系統，這里包括了遠傳輸入輸出模塊（與傳感器通訊部分），電機驅動，網絡通訊三大部分。如今，機器通過工業以太網連接在傳感器、PLC和電機之間。由于每個子系統都通過網絡進行控制和監控，因此應用程序上的安全機制以及網絡本身都應該是安全的。

我們來看一下安全功能系統配置示例：

工業應用需要停止系統或能夠在異常情況下安全運行應用程序，因此冗余是這些安全系統的關鍵。如下圖所示，安全功能的實現，基本都是配備了兩個符合SIL3安全完整性水平的MCU/MPU的冗余系統。除此之外，通過工業以太網網絡發送數據，為了確保網絡傳輸數據的安全，我們在標準協議的更高層采用了網絡安全協議，如FSoE。在安全網絡中，安全協議通過數據損壞檢查、ID檢查和時間監控來驗證安全性。瑞薩的功能解決方案可以與我們的MCU一起用于所有這些應用案例。

（1）基于MCU的安全功能系統配置示例