設計安全應用的目的是獲得功能安全認證，例如IEC 61508等，因此，這導致工程越來越復雜。IEC 61508規(guī)范涵蓋了從開發(fā)具體應用到產(chǎn)品退出市場的整個安全生命周期。按照安全標準的步驟和過程，則需要簡化與評估人員的通信，以確保能夠清楚的理解安全目標、概念、過程和解決方案，滿足安全要求。

　　工程啟動和風險分析

　　在工程啟動和風險分析階段，根據(jù)應用的一般要求來確定安全范圍。對于實施階段，確定并梳理和記錄應用所需要和能夠?qū)崿F(xiàn)的安全完整性等級(SIL)，作為風險分析和評估的基礎。風險分析是以后測量的基礎，它表明了對產(chǎn)品邊界的理解，與產(chǎn)品范圍定義密切相關。它是所需SIL的基礎，詳細定義了安全功能，以及產(chǎn)品文檔框架。這需要在組件級以及系統(tǒng)級完成。

　　體系結(jié)構開發(fā)

　　然后，設計人員開發(fā)體系結(jié)構來滿足功能和安全要求。他們對安全要求進行提煉，記錄在操作和維護階段實現(xiàn)的某些功能，確定驗證能否滿足安全要求而需要采取的策略。

　　安全要求規(guī)范

　　對于安全驅(qū)動，工程范圍可能包括幾個方面，例如，確定驅(qū)動參數(shù)是否在允許的范圍內(nèi)，或者，安全I/O信號是否是關鍵事件等。驅(qū)動最基本的安全特性是“安全關閉”(STO)，以安全方式斷開電機電源。這一過程還可能包括與出現(xiàn)安全事件的整個自動化系統(tǒng)進行通信，必須在一定的時間周期內(nèi)進行評估，例如，按照一系列步驟順序關斷整個應用。

　　驗證和認證規(guī)劃

　　驗證規(guī)劃的開發(fā)包括受控失敗插入方法，以測試系統(tǒng)，進行其他的監(jiān)控，觀察系統(tǒng)，對比當前參數(shù)和預先確定的參數(shù)，以及允許值。

　　組件選擇，組件，IP和工具資格

　　典型的工程都有組件選擇步驟，但是設計人員應確保組件和IP功能適合安全應用。重要的是考慮殘留錯誤概率，這是計算產(chǎn)品全部失敗概率(FIT)以及最終SIL的基礎?？梢酝ㄟ^收集廣泛應用的產(chǎn)品的器件和設計工具數(shù)據(jù)來實現(xiàn)這一點，這樣，不會出現(xiàn)系統(tǒng)錯誤，能夠可靠使用(例如，對于IP)，還可以通過使用處理器或者FPGA等半導體產(chǎn)品錯誤概率報告以及可靠性信息來實現(xiàn)它。

　　應用設計實現(xiàn)

　　通信協(xié)議、FPGA的存儲器接口IP、或者嵌入在FPGA中的Altera Nios® II嵌入式處理器IP等復雜系統(tǒng)功能，通常用于運行驅(qū)動應用中工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的軟件堆棧，這些都需要進行安全應用分析、測試和認證。

　　功能/診斷功能

　　除了實現(xiàn)應用程序，還必須在設計中加入某些功能。這些設計需要采用時鐘和電源等基本參數(shù)監(jiān)視功能以及數(shù)據(jù)監(jiān)視等復雜功能，觀察脈沖寬度調(diào)制(PWM)的輸出，從而保證系統(tǒng)正常工作。他們還需要能夠自動發(fā)現(xiàn)錯誤的功能，使系統(tǒng)進入安全狀態(tài)?；竟δ馨ūＷC存儲器內(nèi)容不會由于外部影響設計而發(fā)生改變，監(jiān)視系統(tǒng)時鐘以保證在設定的系統(tǒng)參數(shù)范圍內(nèi)驅(qū)動設計(或者由于外部組件的失效導致出現(xiàn)錯誤)，電源正常工作。

　　集成和測試

　　將每一組件集成到安全驅(qū)動方案中，進行測試，實現(xiàn)預期的系統(tǒng)功能，提供設定好的安全功能。通過安全驗證，保證所需的安全特性能夠在工作期間發(fā)揮作用，例如，確保外部因素對設計的安全功能沒有不利影響，偶然的禁用不會影響系統(tǒng)。

　　安全驗證、認證和發(fā)布

　　在整個過程中，要求與評估人員密切合作，以保證在開發(fā)過程中所進行的評估是合理的，提供合適的安全功能。最后，評估人員對產(chǎn)品的安全功能進行認證，可以向市場推出該產(chǎn)品。

　　增加預認證安全功能

　　Altera等半導體供應商提供某些步驟幫助實現(xiàn)這一過程，減少了在安全應用開發(fā)上的投入。例如，立即使用經(jīng)過功能安全預認證的半導體數(shù)據(jù)、IP、開發(fā)流程和設計工具等，大幅度縮短整個產(chǎn)品開發(fā)過程，如圖4所示。　　

 

　　Altera投入了近兩年的時間來實現(xiàn)產(chǎn)品認證。Altera的SIL 3 (SIL3)功能安全數(shù)據(jù)包包括評估機構TÜ Rheinland對Altera工具、IP和器件數(shù)據(jù)的認證，縮短并簡化了符合IEC 61508安全應用的開發(fā)。經(jīng)過預認證的設計流程和工具，以及經(jīng)過預認證的嵌入式系統(tǒng)和診斷知識產(chǎn)權(IP)降低了安全非常重要的工業(yè)應用的認證風險，例如，伺服和逆變驅(qū)動器、安全I/O和PLC以及自動控制器等。

　　對IP和設計工具以及器件可靠性數(shù)據(jù)的測試和應用數(shù)據(jù)進行了總結(jié)和梳理，簡化了功能安全驗證。公司采用TÜV Rheinland認可的設計方法(V-Flow)，以滿足FPGA設計的特殊需求。功能安全包包括所必須的診斷功能，將其設計為FPGA IP。功能安全包用戶受益于Altera在TÜV上的前期投入，在工程投入上能夠節(jié)省同樣的時間。