軟件正在節(jié)制車輛跟設(shè)備方面繼承施展著愈來愈緊張的作用。同時，軟件毛病的偶然性威逼到軟件節(jié)制的機(jī)械與人類交互的使用中的平安操縱。例如，正在協(xié)作機(jī)器人中，機(jī)器人跟人類慎密相連，軟件毛病能夠間接招致對人類的身體損傷。
關(guān)于這些應(yīng)用程序跟其他機(jī)械操縱中的計算機(jī)系統(tǒng)毛病能夠危及人類的應(yīng)用程序，設(shè)計師須要正在根底層面上對其體系停止安全控制。智能利用已內(nèi)置于微控制器跟數(shù)字信號處理器中的硬件功用可以資助加重硬件或軟件中的毛病影響。
自動化跟手工勞動繼承彼此增補(bǔ)普遍的產(chǎn)品成本跟功用窗口。雖然自動化可以無效天供給大批量，低成本的產(chǎn)物，但手動組裝關(guān)于出產(chǎn)下本錢，低產(chǎn)量的產(chǎn)物最為無效。協(xié)作機(jī)器人供給了一種混淆方式，致力于歸并每種方式的優(yōu)點。
圖1：協(xié)作機(jī)器人體系供給了一種混淆方式，融會了手動出產(chǎn)跟自動化體系的劣勢。
協(xié)作機(jī)器人體系致力于與特定事情區(qū)內(nèi)的職員間接協(xié)作。這類混淆方式將機(jī)器人的珍貴力氣跟耐力與人類的解決問題的才能相結(jié)合。與此同時，這類方式給人類工作者帶來了極大的危險。
機(jī)器人體系可能以很大的力度擺動機(jī)器臂，并以極大的力氣捉住物體。安排正在事情單位中，典范的機(jī)器人被限定正在與人類工作人員協(xié)作的同時正在明白界說的操縱窗口內(nèi)挪動，但正在保護(hù)工作人員顧問體系時挪動到更年夜的限定規(guī)模內(nèi)。很少有機(jī)器人體系容許正在人類存在的環(huán)境下穿過其完全的最大包絡(luò)。
圖2：工業(yè)機(jī)器人須要深度嵌入式平安機(jī)制，可能確保正在與畸形出產(chǎn)跟保護(hù)相關(guān)的特定區(qū)域內(nèi)平安運轉(zhuǎn)。（起源：美國勞工職業(yè)平安與安康管理局）
傳統(tǒng)的機(jī)器人拆卸體系計劃有物理限定或圍欄事情區(qū)域，以護(hù)衛(wèi)四周的人。當(dāng)正在一個或多團(tuán)體四周事情時，協(xié)作機(jī)器人體系簡直不計劃到事情單位中的物理護(hù)衛(wèi)。相反，這些體系依賴于內(nèi)置機(jī)制去確保安全操縱。正在如許的體系中，由軟件缺陷或硬件毛病惹起的體系級毛病可以簡單天容許可移動機(jī)器人臂加速進(jìn)入人體或履行一些物理運動，那能夠?qū)θ祟悈f(xié)作事情帶來間接危險。
圖3：正在工場車間，制造商正在工業(yè)機(jī)器人周圍設(shè)置物理屏蔽，以防備與四周的人類工人不測打仗。
安全策略
關(guān)于計劃職員來講，確保機(jī)器人體系的平安運轉(zhuǎn)始于確認(rèn)其根底控制系統(tǒng)按預(yù)期運轉(zhuǎn)。專為實時控制使用而計劃的DSP跟MCU供給了多種專門用于此目標(biāo)的內(nèi)置平安功用。例如，ADI公司的ADSP-BF707DSP跟德州儀器的Hercules?系列MCU均集成了多種存儲器搜檢功用，包羅用于片上存儲器的毛病校驗跟校訂，用于片外的奇偶校驗位搜檢用于間接內(nèi)存接見傳輸?shù)膬?nèi)存跟輪回冗余校驗。
雖然這些內(nèi)存功用可以正在內(nèi)存操縱時代改正或至少辨認(rèn)毛病，但確保處理器本身的精確操縱是更龐大的問題。處理器焦點本身中呈現(xiàn)的硬件毛病能夠招致不成猜測的毛病，包羅機(jī)器臂或機(jī)械手的危險運動。為了辨認(rèn)焦點毛病，模擬ADSP-BF707DSP跟TIHercules系列MCU均包括集成正在處理器內(nèi)核中的內(nèi)置自測機(jī)制。雖然BIST正在履行使用程序代碼本身時沒法運轉(zhuǎn)，但體系計劃職員可以將完全或部門自檢運轉(zhuǎn)與使用程序代碼履行交錯-若是沒有接連監(jiān)督處理器功用，則供給連續(xù)的。
利用TIHercules系列MCU例如，計劃職員可以經(jīng)由過程幾個簡略的步調(diào)啟動BIST掃描：
設(shè)置時鐘域頻次
取舍要運轉(zhuǎn)的測試距離數(shù)
設(shè)置自檢運轉(zhuǎn)的超時工夫
保留寄存器形態(tài)，包羅CPU內(nèi)核寄存器跟協(xié)處理器寄存器和硬件斷點跟監(jiān)督面寄存器
經(jīng)由過程將響應(yīng)的位寫入CPU自檢控制器寄存器去啟用自檢
守候CPU重置
智能垃圾分揀機(jī)器人零件正在重置處理程序中，讀取CPU自檢形態(tài)以辨認(rèn)任何毛病
檢索CPU形態(tài)
圖4：工程師可以輕松實現(xiàn)完全或部門BIST掃描，正在應(yīng)用程序履行之間交錯。關(guān)于TIHercules系列MCU，工程師可以實現(xiàn)代碼以快捷履行各類外務(wù)處置懲罰步調(diào)，最初經(jīng)由過程此處所示的自檢控制器寄存器中的座位停止自檢。
攔阻軟件毛病
與大多數(shù)當(dāng)先的應(yīng)用程序一樣，協(xié)作機(jī)器人體系依賴軟件去實現(xiàn)其功用的次要部門，特殊是關(guān)于高度差異化的才能。正在操縱時代，任何數(shù)目的軟件毛病（包羅毛病設(shè)置的指針變量，倉庫溢出或逃走測試籠罩的代碼毛病）皆能夠?qū)е孪到y(tǒng)掛起或以其他方法離散到非預(yù)期的操縱中。為了防備這類類型的體系行動，計劃職員可以正在軟件本身中實現(xiàn)運轉(zhuǎn)時搜檢。
利用看門狗定時器供給了一種特殊無效的機(jī)制去捕捉掛起處理器的毛病。正在這類傳統(tǒng)方式中，軟件以比看門狗定時器的超時設(shè)置短的周期重置看門狗定時器。若是看門狗定時器的確超時，則意味著從未產(chǎn)生預(yù)期的定時器復(fù)位-默示使用程序代碼掛起且體系處于某種沒有肯定形態(tài)。面向平安的處理器，如ADI公司的ADSP-BF707DSP跟德州儀器的Hercules系列MCU，集成了看門狗定時器功用。另一方面，利用自力的內(nèi)部看門狗定時器可進(jìn)一步降低毛病環(huán)境影響內(nèi)置看門狗的可能性。
德州儀器的TPS3823-33監(jiān)控IC等器件供給DSP跟基于MCU的體系，存在電路初始化跟時序監(jiān)控和電源電壓監(jiān)控功用。該器件集成了一個看門狗定時器，必需經(jīng)由過程WDI輸入的正或背轉(zhuǎn)換周期性觸發(fā)，以制止收回復(fù)位旌旗燈號。當(dāng)監(jiān)控體系未能正在超時距離ttout內(nèi)從頭觸發(fā)看門狗電路時，RESET正在時間段td內(nèi)變成無效，招致處理器進(jìn)入其硬件復(fù)位周期。便像筆記本電腦用戶正在他們的體系掛起時輪回一樣，這類方式能夠是從深層軟件毛病中規(guī)復(fù)的獨一無效方式。
圖5：除其他監(jiān)控功用中，德州儀器TPS3823-33IC借供給硬件看門狗定時器，可進(jìn)一步防備能夠呈現(xiàn)的毛病片上看門狗定時器。
體系級平安
除初級機(jī)制中，經(jīng)驗豐富的計劃職員借利用各類方式確保基于處理器的控制系統(tǒng)繼承發(fā)生預(yù)期輸出。更高等其它“平安”架構(gòu)依賴于冗余履行要害功用的計劃，經(jīng)由過程正在統(tǒng)一數(shù)據(jù)上自力履行不異功用的多個并行門路發(fā)生該當(dāng)不異的成果。正在要害使命使用中，例如依賴于來自發(fā)動機(jī)跟節(jié)制概況的正確傳感器讀數(shù)的航空電子設(shè)備，硬件計劃職員可以構(gòu)建多個自力的傳感器門路，以便即便正在航行操縱時代一個傳感器產(chǎn)生毛病也能繼承運轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)換到機(jī)器人挪動算法的軟件級別，例如，軟件工程師能夠利用兩種分歧的算法或不異算法的分歧實現(xiàn)去資助驗證連續(xù)的體系功用。正在這里，工程師將創(chuàng)立設(shè)置為與原始數(shù)據(jù)工具不異的值的分歧工具，以利用分歧的代碼形式計較不異的算法。監(jiān)視代碼將比力成果并正在沒有同時天生異常。例如，關(guān)于原始函數(shù)：
函數(shù)事情（VariableA，VariableB）：
if（VariableAVariableB）：
//履行必須的函數(shù)
//基于VariableA跟VariableB
...
前往成果
工程師會創(chuàng)立一個替換實現(xiàn)，利用設(shè)置為不異值的分歧變量工具去計較某些成果：
//將新工具實例設(shè)置為原始變量中的值
functionworkNew（VariableA，VariableB）：
VariableNewA=deepcopy
VariableNewB=deepcopy
分揀機(jī)器人直營if（VariableAVariableB）：
if（VariableNewA=VariableNewB）：
//天生異常-能夠的內(nèi)存毛病
codeelse：
//履行必須的函數(shù)
//利用新變量跟
//備用編碼形式
...
前往ResultNew
//supervisor
X=work
XNew=workNew
if：
//天生故障異常
//不然繼承利用X
專門的多核MCU正在觀點上利用不異的方式去確保底層處理器本身畸形運轉(zhuǎn)。這里，統(tǒng)一處理器內(nèi)核的多個正本以鎖步方法履行不異的軟件-同時或以小的時鐘偏移履行。以鎖步方法運轉(zhuǎn)的這些內(nèi)核的輸出的任何差別皆評釋MCU存在初級毛病-能夠是因為某種硬毛病招致的瞬態(tài)毛病，例如因為某些外部功用毛病招致的輻射或硬毛病。
ARM供給雙核鎖步冗余焦點設(shè)置，容許MCU制造商為平安使用實行鎖步焦點。德州儀器已正在其Hercules系列MCU中實現(xiàn)此功用。正在這里，一對ARM?Cortex?-R5F內(nèi)核以鎖步方法運轉(zhuǎn)-履行距離兩個時鐘周期-以削減alpha粒子的硬毛病招致內(nèi)核履行完全相同成果的可能性不異的代碼同時。留神：Alpha粒子是IC封裝不可避免的反作用，由于它正在低衰減率下含有低水平的放射性物質(zhì)，而且能夠招致硬毛病。
正在TMS570LS0714中，一個特別的單位，CPU比力模塊，比力兩個焦點的輸出旌旗燈號。關(guān)于程序員來講，這個進(jìn)程是通明的。沒有須要特別編碼，鎖定焦點之間的比力會自動停止。
圖6：集成正在Hercules系列MCU中的CPU比力模塊監(jiān)督MCU雙核心的輸出，以兩個周期的耽誤同步運轉(zhuǎn)。此耽誤有助于防備瞬態(tài)毛病影響兩個內(nèi)核并經(jīng)由過程已檢測到的環(huán)境。
雖然這些硬件功用有助于確保畸形運轉(zhuǎn)，但構(gòu)建功用平安應(yīng)用程序?qū)浖_發(fā)跟認(rèn)證提出了嚴(yán)厲的要求。TI的SafeTI計劃包撐持各類范疇的功用平安使用開辟，包羅工業(yè)機(jī)器，工業(yè)進(jìn)程，醫(yī)療，汽車，鐵路跟航空。除SafeTI軟件庫供給的功用中，計劃包借撐持與合乎ISO26262，IEC61508跟IEC60730等平安尺度相關(guān)的要求。
論斷
協(xié)作機(jī)器人技巧為人類履歷與機(jī)械精度相結(jié)合供給了緊張機(jī)緣。正在人類的近距離事情中，協(xié)作機(jī)器人體系正在確保安全操縱方面提出了龐大應(yīng)戰(zhàn)。專門計劃用于撐持功用平安使用的公用DSP跟MCU供給集成功用，可資助辨認(rèn)毛病并加重其正在應(yīng)用程序級別的影響。利用這些設(shè)備，計劃職員可以為協(xié)作機(jī)器人體系樹立平安根底。
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