(Quelle: Алина Бузунова - stock.adobe.com)

Staatliche Vorschriften verlangen, dass viele neue elektronische Produkte den internationalen Normen für funktionale Sicherheit entsprechen. Die IEC 61508 ist beispielsweise die geltende Sicherheitsnorm für Industrieprodukte. Sie bildet die Grundlage für mehrere andere Sicherheitsnormen, wie z. B. ISO 26262 für Systeme in Kraftfahrzeugen und IEC 60730 für Haushaltsgeräte. Werden diese Normen nicht eingehalten, kann dies schwerwiegende Folgen für Ihr Unternehmen und die Benutzer Ihrer Produkte haben. In diesem Blogbeitrag erläutern wir fünf Schritte, die Sie bei der Planung der funktionalen Sicherheit in Ihren neuen Produktdesigns unterstützen.

1. Wählen Sie einen Mikrocontroller (MCU) mit integrierten Sicherheitsfunktionen

Die Modelle AVR^® DB und AVR DD sind die neuesten Produkte aus der 8-Bit-AVR-Familie von Microchip. Diese Bauelemente verfügen über integrierte Sicherheitsfunktionen zur Erkennung und Reaktion auf Spannungsschwankungen oder -abfälle. Außerdem bieten sie kernunabhängige Peripheriegeräte (Core Independent Peripherals, CIPs) und ein hardwarebasiertes Meldesystem (Event System), das die Kommunikation zwischen den Peripheriegeräten ohne CPU-Beteiligung ermöglicht. Das reduziert die Latenz und sorgt für schnellere Systemreaktionen. Auf diese Weise lässt sich der Umfang der zu entwickelnden und zu validierenden Software reduzieren, was wiederum das Designrisiko senkt. Diese Mikrocontroller bieten alle Funktionen, die Sie für die Entwicklung zuverlässiger und robuster sicherheitskritischer Anwendungen benötigen.

2. Nutzen Sie fortschrittliche Peripheriegeräte

Machen Sie sich im nächsten Schritt mit den verschiedenen Peripheriefunktionen vertraut, die diese MCUs bieten, und lernen Sie, wie man sie implementiert. Diese Funktionen zur Entwicklung sicherheitskritischer Merkmale in Ihrem Produkt umfassen u. a:

• Power-on Reset (POR)
• Brown-out Detector (BOD)
• Voltage Level Monitor (VLM)
• Windowed Watchdog Timer (WWDT)
• Cyclic Redundancy Check (CRC)
• Clock Failure Detector (CFD)
• Fehlererkennung mit Event System

3. Wählen Sie die richtigen Software-Entwicklungswerkzeuge

Nachdem Sie Ihre Hardware ausgewählt haben, müssen Sie sicherstellen, dass Sie auch die richtige Software einsetzen. Zur Vereinfachung des Software-Verifikationsprozesses bietet Microchip eine Bibliothek für funktionale Sicherheit der Klasse B für AVR Mikrocontroller an, in der die erforderlichen Selbsttestmodule zur Implementierung der Software-Sicherheitsanforderungen gemäß der Norm IEC 60730 Klasse B enthalten sind. Sie umfasst Software-Routinen für WDT, BOD und andere Funktionen, die in AN2632: Leitfaden zur Einhaltung von IEC 60730 Klasse B mit tinyAVR^® 1-Series beschrieben sind. Die Klasse-B-Bibliothek kann auch als Grundlage für die Entwicklung eines Produkts verwendet werden, das die Anforderungen einer anderen Norm für funktionale Sicherheit erfüllt.

4. Schutz vor umgebungsbedingten Risiken

Elektrostatische Entladungen (Electrostatic Discharge, ESD) und elektromagnetische Störungen (Electromagnetic Interference, EMI) können ein elektronisches System ernsthaft schädigen oder sogar zerstören. Die Leiterplatte und die Hardware müssen daher so konstruiert sein, dass sie vor elektrischen und magnetischen Phänomenen in Ihrem Endprodukt geschützt sind.

5. Testen Sie Ihr Design

Im letzten Schritt müssen Sie Ihr Produkt testen und sein Sicherheitslevel bewerten. Das AVR Functional Safety Field Engagement Board (ATAVRFEB-SAFETY), das auf einem ATtiny3217 Mikrocontroller basiert, bietet eine All-in-One-Plattform zur Demonstration und Bewertung der Sicherheits- und Zuverlässigkeitsfunktionen von PIC^® und AVR-Bausteinen. Der „Application Heartbeat“-Indikator in der Mitte des Boards zeigt an, ob die Anwendung korrekt läuft oder nicht. Ein beschleunigter Heartbeat zeigt an, dass ein Problem erkannt wurde, und eine Status-LED leuchtet auf, um die Ursache des Fehlers anzuzeigen. Das Board besitzt fünf Hauptbereiche mit Status-LEDs, die dem Benutzer eine Rückmeldung geben. Es wird über ein 5,0-V-USB-Kabel mit Strom versorgt und verfügt über einen integrierten Mini-Embedded-Debugger (mEDBG), mit dem der ATtiny3217 Mikrocontroller programmiert und debuggt werden kann. Die Treiber für das Board sind in Atmel Studio 7 verfügbar. Dieses intuitive, webbasierte Konfigurationstool macht den Einstieg in die Anwendungsentwicklung einfach.

Abbildung 1: AVR^® Functional Safety Field Engagement Board

Verbesserung der funktionalen Sicherheit

Weitere Informationen über die zahlreichen Funktionen und Testmöglichkeiten des AVR Functional Safety Field Engagement Board finden Sie im Benutzerhandbuch zur AVR Functional Safety Hardware.

Von Johan Lofstad, Microchip