Використання FPGA технології для розроблення багатоверсійних інформаційно-керуючих систем АЕС, критичних для безпеки
DOI:
https://doi.org/10.32918/nrs.2020.2(86).07Ключові слова:
FPGA, безпека, диверсність, інформаційно-керуючі системи.Анотація
У статті наведено огляд вимог міжнародних стандартів щодо використання принципу диверсності в інформаційно-керуючих системах (ІКС) критичного застосування для АЕС, зокрема,
IEC 61508 [6], IEEE Std 7-4.3.2-2016 [2] та ін. Описано методики оцінювання диверсності та класифікацію версійної надмірності, запропоновані у стандарті NUREG 7007 та відомих публікаціях. Класифікація диверсності описується дворівневою ієрархією, на першому рівні якої використовується різноманітність виробників, апаратних засобів, програмного забезпечення, архітектури тощо. Наведено результати аналізу інструментів і засобів проєктування для вбудованих цифрових систем на базі FPGA від провідних виробників програмовної логіки. Аналіз надано на прикладі мікросхем Xilinx і Altera (Intel), які використовуються в ІКС АЕС. Проаналізовано найбільш ефективні середовища розроблення та описано результати порівняльного аналізу функцій і можливостей застосування інструментів компаній Xilinx і Altera (Intel). Представлено аналіз сімейств FPGA, виконаних за технологією 65nm, життєвого циклу їх використання. Проаналізовано особливості впровадження та засоби забезпечення принципу одиничної відмови й відмовостійкості завдяки застосуванню варіантів диверсності у проєктах на кристалі, які використовують SRAM технологію. Ознаками видів диверсності визначено типи IDE, методи опису проєктів, множини бібліотек, серії FPGA, технології виготовлення друкованих плат. Проаналізовано діапазони рівнів диверсності, які забезпечуються за умов використання при побудові основної та диверсної систем мікросхем Xilinx і Altera (Intel). Обговорюються результати оцінювання метрик диверсності для багатоверсійних ІКС, заснованих на платформі RadICS. Показано, що використання цієї платформи, яка побудована на базі кристалів Altera, для розроблення основної та диверсної систем, може забезпечити необхідний рівень диверсності відповідно до вимог стандарту NUREG 7007 завдяки іншим видам процесно-продуктної версійної надмірності.
Завантаження
Посилання
2. IEEE Std 7-4.3.2-2016. IEEE standard criteria for programmable digital devices in safety systems of nuclear power generating stations, USA.
3. IAEA Safety Standards Series No. SSR-2/1. (2016). Safety of nuclear power plants: Design. Specific safety requirements. International Atomic Energy Agency, Vienna.
4. IAEA Nuclear Energy Series No. NP-T-3.17. (2016). Application of field programmable gate arrays in instrumentation and control systems of nuclear power plants. International Atomic Energy Agency, Vienna.
5. ISO 26262:2011. Road vehicles – Functional safety.
6. IEC 61508:2010 Ed.2. Functional safety of electrical / electronic / programmable electronic safety-related systems.
7. United States Nuclear Regulatory Commission. (1994). Method for performing diversity and defense-in-depth analyses of reactor protection systems. NUREG/CR-6303, Office of Nuclear Regulatory Research.
8. International Electrotechnical Commission. (2008). Instrumentation and control systems important to safety. Requirements to cope with common cause failure (CCF). IEC 62340, Geneva, Switzerland.
9. Kharchenko, V., Siora, O., Duzhyi, V., Rusin, D. (2014). Standard analysis and tool-based assessment technique of NPP I&C systems diversity. Proceedings of the 22nd International Conference on Nuclear Engineering ICONE 22, July 7 – 11, 2014, Prague, Czech Republic, 7 p.
10. RadICS Platform description. Retrieved from
http://www.radiy.com/en/nuclear/products/radics-platform.html.
11. Duzhyi, V., Kharchenko, V. Panarin, A., Rusin, D. (2018). Diversity metric evaluation considering extended NUREG-7007 Diversity Classification. Proceedings of 9th IEEE International Conference on Dependable Systems, Services and Technologies, DESSERT 2018 24-27 May 2018, Kyiv, Ukraine, pp. 56-61.
12. Andrashov, A., Bakhmach, I., Leontiiev, K., Kharchenko, V., Babeshko, E., Kovalenko, A. (2019). Diversity in FPGA-based platform and platform based I&C applications: strategy and implementation. Proceedings of the 11th International Topical Meeting on Nuclear Plant Instrumentation, Control, and Human-Machine Interface Technologies, NPIC & HMIT 2019, 9-14 February 2019, Orlando, Florida, USA, pp. 174-182.
13. Illiashenko, O., Kharchenko, V., Kovalenko, A., Sklyar, V., Boyarchuk, A. (2014). Security informed safety assessment of NPP I&C systems. Gap-IMECA technique. Proceedings of the 22nd International Conference on Nuclear Engineering ICONE 22, July 7 – 11, 2014, Prague, Czech Republic, 9 p.
14. Illiashenko, O., Kharchenko, V., Brezhniev, E., Boyarchuk, A., Golovanevskiy, V. (2014). Security informed safety assessment of industrial FPGA-based systems. Proceedings of Probabilistic Safety Assessment and Management Conference PSAM 12, 24-27 June 2014, Honolulu, Hawaii, USA, 11 p.
15. Georgescu, C. (2017). Use of FPGA technology in a (UK) nuclear protection system. Demanding regulatory regime (IEC 61226, 61513, IEC 60880, TAG 46). Horizon Nuclear Power, 25 p.
16. Owais, A. (2018). Latest FPGA in the market. Technical Report. COEN 6501, Digital Design and Synthesis, 22 p.
17. Ranta, J. (2012). The current state of FPGA technology in the nuclear domain. VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo, Finland, 67 p.
18. Roy, S., Biswas, A., Pradhan, S. (2015). Use of FPGA and CPLD in nuclear reactor safety systems and its regulatory review requirements for reactor safety. Proceedings of CANDU Safety Association for Sustainability and New Horizons in Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics and Safety, CANDU&NHNRTHS 2015, Anushaktinagar, Mumbai, India, pp. 2-8.
19. Illiashenko, O., Kharchenko, V., Kor, A., Panarin, A., Sklyar, V. (2017). Hardware diversity and modified NUREG/CR-7007 based assessment of NPP I&C safety. 9th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS), Bucharest, 2017, pp. 907-911.
