设计笔记 | GD32 MCU助力IEC60730-1:2013安全可靠性设计认证

shanghairen

随着物联网技术的普及和功能需求的多元化，工业控制和家用电器的设计也变得更加复杂。大多数的自动电子控制使用微控制器（MCU），即带嵌入式内存和输入/输出设备的微处理器，制造商开发出运行在MCU内的实时嵌入式软件来控制机电设备。为了确保嵌入式控制硬件和软件设备的操作是安全的，国际监管机构发表了工业控制和白色家电的质量和安全标准。在国际电工委员会的IEC60730标准的指引下，家电和工业控制的制造商必须考虑引入新的设计来改进电气自动控制过程，以确保其操作的安全性和可靠性，保护用户免受伤害和机器的损坏。

作为业界领先的5V MCU产品，GD32F170/190系列产品具备了优异的抗扰性能和静电防护等级。强大的系统电磁抗噪能力特别适合在电气严苛环境下的控制应用，芯片级的ESD防护水平在人体放电模式可达7KV，器件放电模式可达1KV，远高于行业安全标准，并减少对于外部电路保护元件的需要。更重要的，GigaDevice还提供了硬件容错设计、自检程序和软件测试库，这些构成了已经通过CVC检测认证的IEC60730解决方案工具包，可帮助用户达到IEC 60730 B类家电安全标准认证的要求，从而研发出更安全、更可靠的产品。

IEC60730中的详细标准是确保机电设备不会对用户造成危险的关键。IEC60730的内容包括机械、电气、电子、环境、持久性、EMC和交流设备的异常操作等方面。在IEC60730的电子控制要求（附录H）中，特别详细介绍了新的关于微控制器（MCU）测试和诊断的方法，以确保自动系统的嵌入式控制硬件和软件的安全性。其重点是如果当系统的部件例如CPU、内存、中断、程序计数器、通信接口和软件程序流程等发生故障时，仍能提供措施确保嵌入式软件设计功能的安全可靠性。

IEC60730/EN60335将自动控制产品分为三类：A类: 不依赖于设备的安全，B类: 用来防止被控设备的不安全操，C类: 用来防止特殊危害。A类控制即使在发生软件故障的情况时，也不会造成危险。因此，IEC60730不要求制造商对A类系统进行检测。而一个B类系统会在可能发生危险并造成人身伤害的地方加入自动控制。一般来说，这种控制的特点表现为B类系统是怎样实现的，以及安全关键系统是否表现出某种形式的冗余（在硬件和软件方面）。

白色家电受到IEC60730 B类的依从性，有两个简单的组件，包括了防止不安全的操作能力的控制设备，以及软件和代码，旨在防止危害和设备发生故障。MCU必须执行包括CPU和RAM测试、Flash测试、时钟测试和外围测试等特定软件测试，确保在定期启动和操作期间，确保系统运行正常。

Flash测试基于循环冗余校验(CRC)，可以识别所有的1-bit错误和大多数multi-bit错误。CRC值用作校验和可以计算软件使用查表或移位;查找表需要更多的代码空间但更少的CPU周期。GD32 还内置了硬件CRC-calculation电路，在四个机器周期可以生成最多四个字节(32-bit)的CRC数据。

另外窗口看门狗定时器（WWDG）和独立看门狗定时器（IWDG）也是至关重要的，因为它可以确保正确执行MCU的控制算法。GD32系列MCU的硬件双看门狗定时器设计满足了IEC60730/B类产品的安全要求：必须有一个单独的基于时间的振荡器，它不能通过软件禁用；必须实现基于硬件复位；必须获得一个安全的I/O状态后初始化和硬件复位。

GD32系列MCU还内置了备份系统振荡器（HSI），即当外部高速时钟源启动失败的情况下，系统会自动切换到内置的高速时钟启动，确保了电器使用稳定安全。

具有定期自检架构的自检程序（固件），可以具备对电器控制的关键功能进行定期检查的能力，来解决使用运行中的问题。支持自检选项的微控制器（MCU）就可以使用最低的成本提供最高级的消费者保护。

GigaDevice提供GD32 MCU的IEC 60730的解决方案工具包，包含了硬件容错设计、自检程序和软件测试库，并且已经通过CVC实验室基于IEC60730-1: 2013的Class B类国际互认检测认证。简言之，这套全新的测试和诊断工具明确了针对终端设备的嵌入式控制硬件和软件的安全操作，并可以直接应用于客户产品，从而为可靠性设计增添了全新的安全 级别。通过利用GD32 MCU 的IEC 60730解决方案工具包，用户的设计团队就能够体验到GD32 MCU极佳的易用性，从而在遵守相关安全规定的同时减少电子系统成本，创建一个强大的系统级开发平台并完成出色的性能和高能效方案设计。