面向安全关键数字嵌入式设备的自修复硬件架构

下一代安全关键工业自动化系统的数字嵌入式设备需要高水平的生存能力与韧性以抵御硬件和软件故障。实现这一需求的构想之一是设计具有韧性与生存能力的数字嵌入式系统。在过去二十年中，基于分子和细胞生物学的自修复数字系统开发因鲁棒数字系统设计而受到关注。然而，这些方法中有许多并非从一开始就以安全为考量进行架构设计，也未针对存在显著需求的自动化领域的应用。本文提出了一种受自然响应、防御与修复方式启发的新型自修复硬件架构：生物免疫系统的干细胞、活细胞生命周期，以及从脱氧核糖核酸（DNA）到蛋白质的途径。所提架构融合了基于细胞的生物学概念、传统容错技术以及国际标准IEC 61131-3的操作原理图，以促进在自动化工业和安全关键应用中的采用。迄今为止，已有两种工业应用映射到所提架构上，其能够容忍由恶劣环境变化和外部干扰引发的大量故障，我们相信其概念关联能够对自动化工业下一代关键系统产生积极影响。