Towards improved functional safety of embedded systems for real-time data collection

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2023-06-19

Department

Major/Subject

Electronic and digital systems

Mcode

ELEC3060

Degree programme

AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)

Language

en

Pages

126+16

Series

Abstract

The ever-increasing complexity of embedded systems and the tightening demands for safety in certain domains have made the development and certification processes for new systems difficult, time consuming, and costly. Safety critical systems are present in a wide variety of industries, such as transportation, manufacturing, energy and medical. Therefore, functional safety engineering has become truly important in the development of such systems since malfunctions can pose a great risk of causing harm to people or the surrounding environment. Data collection/acquisition has also become an essential component of many modern systems ranging from autonomous vehicles to process control. However, the significance of data in terms of its impact on safety is not yet fully acknowledged. Consequently, considering data as an equally important element in addition to hardware and software should be emphasized. This thesis addresses the important topic of functional safety in embedded software development, with a specific emphasis on data collection systems. The contents delve into the functional safety engineering concepts and software safety lifecycle requirements while also reviewing the state-of-the-art approaches to functional safety in embedded systems development. Additionally, requirements for data collection systems and their critical role in modern applications are investigated. Based on the presented theory, the thesis aims to develop guidelines on how to apply IEC 61508 in the development of safety software. These guidelines aim to contribute to the advancement of functional safety in embedded software development, providing consolidated support for practitioners and researchers in the field. The guidelines take a generic approach to developing safety software for embedded systems while simultaneously addressing the main considerations in data collection systems. The purpose of these guidelines is also to assist software designers who are beginning their work in the safety domain. On top of this, one element of the guidelines, selection of software safety mechanisms, is demonstrated in a real-world case study. This provides real evidence on how the elements of the guidelines fit into a real safety development scenario with SIL2 target.

Sulautettujen järjestelmien alati kasvava kompleksisuus ja tiukentuneet turvallisuusvaatimukset ovat tehneet uusien järjestelmien kehittämisestä ja sertifioinnista vaikeaa, aikaa vievää ja kallista. Turvallisuuskriittisiä järjestelmiä käytetään laajasti eri toimialoilla, kuten liikenteessä, tehdas- ja energiateollisuudessa sekä lääketieteessä. Tämän vuoksi toiminnallisen turvallisuuden insinööritaidot ovat tulleet äärimmäisen tärkeiksi kyseisten järjestelmien kehityksessä, koska toimintahäiriöt voivat aiheuttaa suuria riskejä vahingoittaa ihmisiä tai ympäristöä. Lisäksi datan keruu/hankinta on tullut tärkeäksi osaksi monia moderneja järjestelmiä autonomisista ajoneuvoista prosessinohjaukseen. Kuitenkin datan merkitys turvallisuuden kannalta ei ole vielä täysin tunnustettu. Siksi datan huomioimista yhtä tärkeänä osana laitteiston ja ohjelmiston lisäksi tulisi korostaa. Tämä diplomityö käsittelee tärkeää toiminnallisen turvallisuuden aihetta sulautettujen ohjelmistojen kehityksessä, erityisesti tiedonkeruujärjestelmien osalta. Sisältö pureutuu toiminnallisen turvallisuuden keskeisiin käsitteisiin ja ohjelmistoturvallisuuselinkaaren vaatimuksiin, samalla tarkastellen nykyajan lähestymistapoja toiminnalliseen turvallisuuteen sulautettujen järjestelmien kehityksessä. Lisäksi työ tutkii tiedonkeruujärjestelmien vaatimuksia ja niiden kriittistä roolia moderneissa sovelluksissa. Työn tavoitteena on esitetyn teorian perusteella kehittää suuntaviivat siitä, miten IEC 61508:aa voidaan soveltaa turvallisuusohjelmistojen kehityksessä. Näiden ohjeiden tarkoituksena on edistää toiminnallista turvallisuutta sulautetussa ohjelmistokehityksessä ja tarjota lujitettua tukea alalla työskenteleville ammatinharjoittajille ja tutkijoille. Ohjeistus ottaa yleisen lähestymistavan turvallisuusohjelmiston kehittämiseen sulautetuille järjestelmille, samalla käsitellen erityisesti tiedonkeruujärjestelmien keskeisiä elementtejä. Näiden ohjeiden tarkoituksena on myös auttaa ohjelmistosuunnittelijoita, jotka ovat siirtymässä turvallisuusprojektien piiriin. Lisäksi työ sisältää esimerkkitapauksen, missä demonstroidaan suuntaviivojen suosituksia ohjelmistoturvamekanismien valinnassa. Tämä tapaus toimii loistavana esimerkkinä havainnollistaen suuntaviivojen käytännöllisyyttä oikeassa SIL2 luokituksen turvallisuusprojektissa.

Description

Supervisor

Vujaklija, Ivan

Thesis advisor

Grude, Simon

Keywords

functional safety, embedded systems, safety software, safety standards, data collection

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202306254309

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC