软件容错设计方法
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３．输 出允 许 范 围检 测 。根 据设 计 阈值 进 行 比 较 ，判断 输 出结果 是 否错 误 。 ２．２ 合 理性 检测 法
１．检查 数 据 的 属 性 。对 每 个 数 据 属 性 进 行 分 析 ，明确 数 据 类 型 （如 整 数 、实 数 等 ），根据 数 据 类 型 的设 计要 求 ，对 其数 据长 度 、是 否为 空 、数据 格 式 等进 行合 理性 检 查 ，防止 数据 属性 错 误造 成 软 件 故 障 。
鲁 磊 ：西 安 铁 路 信 号 有 限 责任 公 司 工程 师 ７１００４８ 西 安 收稿 日期 ：２０１６ ０１ ０４
标故 障发 生 的原 因 ，直 至 基 本事 件 （底 事 件 ），分 析结 果 可 以指 导软 件 的容 错设 计 。故 障检测 的实 现
—源自文库
７８ 一
ＲＡＩＬＷ ＡＹ ＳＩＧＮＡＩ Ｉ ＩＮＧ ＆ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴ１０Ｎ Ｖ０１．５２ Ｎｏ．５ ２０１６
ＤＯＩ： １０．１３８７９／ｊ．ｉｓｓｎｌ０００—７４５８．２０１６～０５．１６００３
为 了减 少 故障 的发生 ，提 高软 件 的可靠性 ，通 人为 错误 而导 致软件 本 身 的故 障 ，具有 永久 性 、重
常采 用软 件避 错设计 和 容错设 计 。避错设 计 是通 过 复性 和不 可恢 复等 特征 。
故 障检 测是 指对 控制 系统 中 的传 感器 、执行器 和被 控对象 进行 实 时故 障监测 ，对 引起 的故 障原 因 及故 障 的程度 等进行 分 析和判 断 ，得 出故 障特征 。
故 障检测 基本 原则 ：① 相互 怀疑 ，设计 任何 一
ｌ 容错设计
容错 技术 是在 系统存 在 故障 的情况 下 ，发现 故 障并纠 正故 障 ，使 系统 能够 继续 正确 运行 ，或 者将 故 障影 响 降到用 户可接 受 范 围。实现 容错技 术 的关 键 是冗 余 ，即增 加相应 的资源 ，包括 信息 、时间及 结 构 ３个方 面 。容错技 术 还涉及 故 障检测 及故 障处 理 ２个 基本 技术 。故 障控 制范 围如 下 。
故 障 分 析 中 ，采 用 软 件 故 障 树 分 析 （ＦＴＡ， Ｆａｕｌｔ Ｔｒｅｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）方 法 ，对 可能 造 成 故 障 的各 种 因素进 行分析 ，确 定故 障原 因 的各种 组合 及发 生 概率 ，并 提 出纠正措 施 。分析 时 ，应把 系统 最不 希
望 出现 的失效状 态作 为分 析 目标 ，逐步 追查 导致 目
多 为硬 件错误 等 因素影 响所 致 ，具有 瞬态 、偶 发和 可恢 复 等特征 。
２ 故 障检 测
广 泛采 用 了避错 设计 ，而 容错设 计 由于需 要大 量 的 人力物 力 支持 ，使用 并不 广泛 ，但容 错设 计可 使软 件 的可靠性 得 到很 大的提 高 ，故本 文仅介 绍 软件容 错设计 方 法 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｍｏｄｅｒｎ ｔｒａｆｆｉｃ，ｆａｕｌｔ ｔｏｌｅｒａｎｔ ｄｅｓｉｇｎｓ ａｒｅ ｏｆｔｅｎ ｕｓｅｄ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｏｃｃｕｒ— ｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅｓ ＳＯ ａｓ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｖｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｃｏｍ ｍ ｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｆａｕｌｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｃｃｏｒｄ ｉｎｇ ｔｏ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｆａｕｌｔ； Ｆａｕｌｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｄｅｓｉｇｎ； Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ； Ｓａｆｅｔｙ
１．内在 故 障 。在 软 件 设 计 、编 程 过 程 中 ，因
个单 元模 块都 假设 其他 单元模 块存 在故 障 ，也就 是 对 接受 的每 一个 数据 ，无论 来 自外部 或其 他单元 模 块 的处 理结果 ，都要假 设数 据是 错误 的 。并去证 实 这 个假 设 ；② 立 即检 测 ，故 障 征 兆 出 现 后 尽 快 查 明，以限制故障的损坏范围，并降低排错难度 。
制定 一 系列完 备 的 、可操 作性 良好 的程 序文 件 ，以
２．外 在 故 障 。 由于 外 界 因 素 导 致 系 统 故 障 ，
及一 系 列 的标 准 和管理 办法 ，即建立 软件 质量管 理 体 系来 抑制缺 陷 的引入 ，减 少软 件故 障 的发 生 ；而 容 错设 计 主要 是 考虑屏 蔽 软件生 存期 内所 产生 的软 件 残 留故 障 。 目前在 高安全 的 系统软 件开 发 中 ，都
方法 有很 多 种 ，应根 据 软件 的用 途 、功 能 、结 构 及 算法 等方 面 考虑 ，具 体方 法 如下 。 ２．１ 功 能检 测 法
１．直接 检 测 输 出 。需 要 预 先 知 道 输 出结 果 或 范 围 ，如检 查数 据是 否按 要求 排 序 。
２．逆变 换 检 测 。把 写 入 的 数 据 回读 出来 与 原 数据 进行 比较 ，验证 写 盘 的正 确 性 。
２０１６年 ５月 第 ５２卷 第 ５期
铁 道 通 信 信 号
ＲＡＩＩ Ｗ ＡＹ ＳＩＧＮＡＩ ＬＩＮＧ ＆ ＣＯＭ ＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ
Ｍ ａｖ ２０１ ６ Ｖｏ１．５２ ＮＯ．５
软件 容 错 设 计 方 法
鲁 磊
摘 要 ：在 高可 靠 、高安全 的 交通 运输 领域 ，需要 利 用容错 设 计 来减 少错 误发 生 ， 以及错 误发 生 后 系统仍 能 正常 工作 。为此 ，结合 软件 开发 中的 实际情 况介 绍 容错基 本 原理和 常 用方 法。 关键 词 ：故 障 ；容 错设 计 ； 冗余 ；安 全性
１．检查 数 据 的 属 性 。对 每 个 数 据 属 性 进 行 分 析 ，明确 数 据 类 型 （如 整 数 、实 数 等 ），根据 数 据 类 型 的设 计要 求 ，对 其数 据长 度 、是 否为 空 、数据 格 式 等进 行合 理性 检 查 ，防止 数据 属性 错 误造 成 软 件 故 障 。
鲁 磊 ：西 安 铁 路 信 号 有 限 责任 公 司 工程 师 ７１００４８ 西 安 收稿 日期 ：２０１６ ０１ ０４
标故 障发 生 的原 因 ，直 至 基 本事 件 （底 事 件 ），分 析结 果 可 以指 导软 件 的容 错设 计 。故 障检测 的实 现
—源自文库
７８ 一
ＲＡＩＬＷ ＡＹ ＳＩＧＮＡＩ Ｉ ＩＮＧ ＆ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴ１０Ｎ Ｖ０１．５２ Ｎｏ．５ ２０１６
ＤＯＩ： １０．１３８７９／ｊ．ｉｓｓｎｌ０００—７４５８．２０１６～０５．１６００３
为 了减 少 故障 的发生 ，提 高软 件 的可靠性 ，通 人为 错误 而导 致软件 本 身 的故 障 ，具有 永久 性 、重
常采 用软 件避 错设计 和 容错设 计 。避错设 计 是通 过 复性 和不 可恢 复等 特征 。
故 障检 测是 指对 控制 系统 中 的传 感器 、执行器 和被 控对象 进行 实 时故 障监测 ，对 引起 的故 障原 因 及故 障 的程度 等进行 分 析和判 断 ，得 出故 障特征 。
故 障检测 基本 原则 ：① 相互 怀疑 ，设计 任何 一
ｌ 容错设计
容错 技术 是在 系统存 在 故障 的情况 下 ，发现 故 障并纠 正故 障 ，使 系统 能够 继续 正确 运行 ，或 者将 故 障影 响 降到用 户可接 受 范 围。实现 容错技 术 的关 键 是冗 余 ，即增 加相应 的资源 ，包括 信息 、时间及 结 构 ３个方 面 。容错技 术 还涉及 故 障检测 及故 障处 理 ２个 基本 技术 。故 障控 制范 围如 下 。
故 障 分 析 中 ，采 用 软 件 故 障 树 分 析 （ＦＴＡ， Ｆａｕｌｔ Ｔｒｅｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）方 法 ，对 可能 造 成 故 障 的各 种 因素进 行分析 ，确 定故 障原 因 的各种 组合 及发 生 概率 ，并 提 出纠正措 施 。分析 时 ，应把 系统 最不 希
望 出现 的失效状 态作 为分 析 目标 ，逐步 追查 导致 目
多 为硬 件错误 等 因素影 响所 致 ，具有 瞬态 、偶 发和 可恢 复 等特征 。
２ 故 障检 测
广 泛采 用 了避错 设计 ，而 容错设 计 由于需 要大 量 的 人力物 力 支持 ，使用 并不 广泛 ，但容 错设 计可 使软 件 的可靠性 得 到很 大的提 高 ，故本 文仅介 绍 软件容 错设计 方 法 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｍｏｄｅｒｎ ｔｒａｆｆｉｃ，ｆａｕｌｔ ｔｏｌｅｒａｎｔ ｄｅｓｉｇｎｓ ａｒｅ ｏｆｔｅｎ ｕｓｅｄ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｏｃｃｕｒ— ｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅｓ ＳＯ ａｓ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｖｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｃｏｍ ｍ ｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｆａｕｌｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｃｃｏｒｄ ｉｎｇ ｔｏ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｆａｕｌｔ； Ｆａｕｌｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｄｅｓｉｇｎ； Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ； Ｓａｆｅｔｙ
１．内在 故 障 。在 软 件 设 计 、编 程 过 程 中 ，因
个单 元模 块都 假设 其他 单元模 块存 在故 障 ，也就 是 对 接受 的每 一个 数据 ，无论 来 自外部 或其 他单元 模 块 的处 理结果 ，都要假 设数 据是 错误 的 。并去证 实 这 个假 设 ；② 立 即检 测 ，故 障 征 兆 出 现 后 尽 快 查 明，以限制故障的损坏范围，并降低排错难度 。
制定 一 系列完 备 的 、可操 作性 良好 的程 序文 件 ，以
２．外 在 故 障 。 由于 外 界 因 素 导 致 系 统 故 障 ，
及一 系 列 的标 准 和管理 办法 ，即建立 软件 质量管 理 体 系来 抑制缺 陷 的引入 ，减 少软 件故 障 的发 生 ；而 容 错设 计 主要 是 考虑屏 蔽 软件生 存期 内所 产生 的软 件 残 留故 障 。 目前在 高安全 的 系统软 件开 发 中 ，都
方法 有很 多 种 ，应根 据 软件 的用 途 、功 能 、结 构 及 算法 等方 面 考虑 ，具 体方 法 如下 。 ２．１ 功 能检 测 法
１．直接 检 测 输 出 。需 要 预 先 知 道 输 出结 果 或 范 围 ，如检 查数 据是 否按 要求 排 序 。
２．逆变 换 检 测 。把 写 入 的 数 据 回读 出来 与 原 数据 进行 比较 ，验证 写 盘 的正 确 性 。
２０１６年 ５月 第 ５２卷 第 ５期
铁 道 通 信 信 号
ＲＡＩＩ Ｗ ＡＹ ＳＩＧＮＡＩ ＬＩＮＧ ＆ ＣＯＭ ＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ
Ｍ ａｖ ２０１ ６ Ｖｏ１．５２ ＮＯ．５
软件 容 错 设 计 方 法
鲁 磊
摘 要 ：在 高可 靠 、高安全 的 交通 运输 领域 ，需要 利 用容错 设 计 来减 少错 误发 生 ， 以及错 误发 生 后 系统仍 能 正常 工作 。为此 ，结合 软件 开发 中的 实际情 况介 绍 容错基 本 原理和 常 用方 法。 关键 词 ：故 障 ；容 错设 计 ； 冗余 ；安 全性