Document details

Esta dissertação apresenta um fluxo de trabalho sistemático para o desenvolvimento e implementação de mecanismos de monitorização e mitigação em tempo de execução para Unidades de Controlo Eletrónico (ECUs) de segurança crítica, desenvolvidos de acordo com o padrão de segurança funcional Road Vehicles – Functional Safety (ISO 26262). A abordagem proposta é demonstrada através do desenvolvimento de um sensor de ângulo de direção (Steering Angle Sensor (SAS)) com tecnologia steer-by-wire, utilizado como caso de estudo representativo, abrangendo todas as fases desde a análise de segurança e definição de requisitos até à integração de software e validação experimental. O trabalho introduz uma arquitetura centralizada de gestão de falhas baseada numa unidade de recolha e controlo de falhas (Fault Collection and Control Unit (FCCU)), responsável por coordenar várias funções de monitorização — plausibilidade do ângulo, integridade de memória, auto-testes de arranque, supervisão de temporização de interrupções e verificação do fluxo de controlo. Estes mecanismos garantem a deteção precoce de falhas, o seu isolamento e a transição para um estado seguro definido, mantendo assim a integridade do sistema e o comportamento determinístico em condições de falha. Cada componente de monitorização foi concebido com rastreabilidade explícita para os respetivos Objetivos de Segurança, Functional Safety Requirement (FSR) e software safety requirement (SSR), assegurando conformidade e verificabilidade de ponta a ponta. Os resultados experimentais confirmam que os monitores implementados detetam eficazmente falhas representativas de hardware e software dentro das restrições temporais definidas, acionando as ações de mitigação apropriadas. Estes resultados validam a viabilidade dos mecanismos de segurança propostos e demonstram o seu potencial de integração em ECUs automóveis com requisitos de conformidade Automotive Safety Integrity Level (ASIL) D. Por fim, a dissertação propõe, como trabalho futuro, o desenvolvimento de uma biblioteca modular de software contendo monitores de segurança, de forma a facilitar a integração escalável e reutilizável destas funções verificadas em novos produtos eletrónicos de segurança. Esta biblioteca permitirá reduzir o esforço de desenvolvimento, mantendo a consistência e a conformidade com a norma ISO 26262.

This dissertation presents a systematic workflow for the design and implementation of runtime monitoring and mitigation mechanisms in safety-critical Electronic Control Units (ECUs), developed in accordance with the ISO 26262 functional safety standard. The proposed approach is demonstrated through the development of a steer-by-wire Steering Angle Sensor (SAS) as a representative case study, covering all stages from safety analysis and requirement definition to software integration and experimental validation. The work introduces a centralized fault-management architecture based on a Fault Collection and Control Unit (FCCU), which coordinates multiple monitoring functions—angle plausibility, memory integrity, startup self-tests, interrupt-timing supervision, and control-flow verification. These mechanisms ensure early fault detection, isolation, and transition to a defined safe state, thus maintaining system integrity and deterministic behavior under fault conditions. Each monitoring component was designed with explicit traceability to its corresponding Safety Goals, FSR, and SSR, ensuring end-to-end compliance and verifiability. Experimental results confirm that the implemented monitors effectively detect representative hardware and software faults within the defined timing constraints, triggering appropriate mitigation actions. The results validate the feasibility of the proposed safety mechanisms and demonstrate their potential for integration in automotive ECUs requiring ASIL D compliance. Finally, the dissertation proposes the development of a modular software library of safety monitors as future work. This library would enable scalable and reusable integration of verified monitoring functions into new safety-relevant products, reducing the development effort while maintaining consistency and compliance with ISO 26262.