21/01/2019
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van de Technische Universität Kaiserslautern hebben met een nieuwe methode aangetoond dat niet alle fouten in hardware invloed hebben op de software hebben.
In vliegtuigen, hogesnelheidstreinen, industriële robots en wasmachines draaien kleine computers, die er voor zorgen dat de techniek functioneert. Dergelijke embedded systemen worden ook in veiligheidsrelevante toepassingen gebruikt. Met kostbare proeven wordt de daarin gebruikte hardware regelmatig getest. De onderzoekers uit Kaiseslautern hebben aangetoond dat niet de totale hardware hoeft te worden getest, maar alleen de plaatsen waar fouten gevolgen hebben voor de software.
Embedded systemen
Embedded systemen zorgen er onder meer voor dat een trein op het juiste moment remt, dat de landingskleppen van een vliegtuig uitgaan of dat een machine direct stopt wanneer de hand van een medewerker te dicht bij de zaag komt. De kleine computers garanderen de veiligheid van deze toepassingen. Om fouten vroegtijdig op te sporen moet de hardware regelmatig worden getest.
"De hardware-componenten in dergelijke besturingen worden steeds kleiner. Dat maakt ze kwetsbaarder voor fouten", aldus Christian Bartsch van de afdeling Entwurf Informationstechnischer Systeme aan de TU Kaiserslautern. Factoren zoals veroudering of hoge temperaturen leiden er toe, dat onderdelen van chips sneller slijten.
Er is een veelheid aan testmethoden op de markt beschikbaar. Deze verlopen automatisch, zonder dat de gebruiker er iets van merkt. De totale hardware testen kost tijd en energie, die de prestaties van het systeem negatief beïnvloeden.
Invloed van hardwarefouten
De onderzoekers uit Kaiserslautern hebben een model ontwikkeld waarmee ze de gevolgen van hardwarefouten op het gedrag van software analyseren. Ze hebben daartoe op verschillende plekken in de hardware fouten ingebouwd. De ingenieurs vergelijken dit model met een foutvrije variant waarop de hardware probleemloos draait.
Bij hun tests hebben de ingenieurs steeds afzonderlijke fouten maar ook meerdere fouten onderzocht. "We hebben getest of deze hardwarefouten invloed hebben op de software", aldus Bartsch. De onderzoekers hebben daarbij ontdekt dat een groot deel van de fouten geen invloed heeft op de software. Volgens Bartsch ligt hun aandeel op 33%.
Wat betekent dit voor het testen van veiligheidsrelevante systemen? "Het is voldoende om zich te concentreren op bepaalde plekken, waarvan fouten ook voor de software van belang zijn. Omdat testmethoden tijdrovend zijn en energie verbruiken, kunnen op deze manier ook kosten worden bespaard. Bovendien worden fouten sneller gevonden wanneer zulke tests zich slechts op enkele gebieden richten", aldus de onderzoekers.
Efficiënter testen
Hun resultaten tonen aan dat testmethoden in de toekomst efficiënter kunnen worden ingericht. De nieuwe methode maakt het bijvoorbeeld ook mogelijk om beschermingsmechanismen voor hardware te certificeren. Bij veiligheidsrelevante elektrische systemen in personenauto's is er bijvoorbeeld al een bekende norm (ISO 26262).Voor bepaalde hardwarefouten kunnen bijvoorbeeld beschermingsmechanismen worden ontwikkeld, waarmee ondernemingen kunnen analyseren of deze ook voldoende zijn.