Ein Ansatz für ein modernes funktionales Sicherheitskonzept

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Im Gleichschritt: Software Lock-Step

Eine zertifizierte Sicherheitsebene, die für den Betrieb auf einem Multicore-SoC geeignet ist, kann die Sicherheitsalgorithmen parallel auf mehreren Cores ausführen. Dabei werden die Zwischenergebnisse automatisch überprüft, wenn ein Core seinen Synchronisationspunkt erreicht hat. Dieser Ablauf wird Software Lock-Step genannt und ist eine äußerst leistungsfähige (High Coverage) Technik zum Erkennen von Soft-Errors (Zeile 11). Die Compiler-Technologie kann dabei helfen, verschiedene (A/B) Anweisungen für denselben zertifizierten Sicherheitsalgorithmus zu generieren, der in Software Lock-Step ausgeführt wird. Dadurch verringert sich das Risiko möglicher systematischer Hardwarefehler im Core.

Reguläre homogene Multicore-CPUs werden durch das RTOS (Scheduling) ebenfalls als Multicore behandelt, wobei mehrere Tasks gleichzeitig auf verschiedenen Cores ausgeführt werden (symmetrisches Multiprocessing, SMP). Bezüglich der Störfreiheit zwischen kritischen und nicht-kritischen Software-Partitionen muss eine neue Dimension berücksichtigt werden: die Cores. Sie teilen sich Ressourcen wie Crossbars, Cache und Speicher, könnten sich also gegenseitig stören. Das heißt, die zertifizierte Software (Separationskernel, Sicherheitsebene) muss die Störfreiheit der Cores garantieren und trotzdem Soft-Errors mit hoher Diagnoseabdeckung (mittels Software Lock-Step) erkennen.

Einsatz nicht-zertifzierter SoCs in einem Sicherheitssystem

Bei der Entwicklung eines Sicherheitssystems auf Basis störfreier Software-Partitionen ist ein zertifizierter Separationskernel erforderlich. Kommt zusätzlich noch eine zertifizierte Sicherheitsebene zum Einsatz, die alle erforderlichen diagnostischen Abdecktechniken unterstützt, kann ein moderner, nicht-zertifizierter Multicore-SoC verwendet werden.

Der Beitrag erschien zuerst auf dem Portal unserer Schwestermarke embedded software engineering.

Literaturhinweise:

[1] IEC 61508:2010, Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems, Parts 1-7

[2] EN 50128:2011, Railway Applications - Communications, Signalling and Processing Systems - Software for Railway Control and Protection Systems

[3] ISO 26262:2011, Road Vehicles – Functional Safety, Part 1-10

[4] Renesas’ RH850-Familie

[5] Infineons AURIX-Familie

[6] Cortex-A57 – https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_ARMv8-A_cores

[7] Intels Denverton-Familie

* Peter Hoogenboom ist als EMEA Engineering Manager bei Green Hills Software mit Sitz in den Niederlanden tätig.

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