使用C语言编写在这种环境中表现稳健的程序是可能的，但前提是大多数形式的编译器优化都被禁用。优化编译器旨在用“更高效”的编码模式替换许多看似冗余的编码模式，并且可能不知道当编译器知道x不可能保持任何其他值时，程序员测试x==42的原因是因为程序员想要阻止执行某些代码，而x保持某个其他值——即使在这样的情况下，它保持该值的唯一方法是系统接收到某种电气故障。

将变量声明为易失性通常很有用，但可能不是万能药。特别重要的是，注意安全编码通常需要操作具有需要多个步骤来激活的硬件联锁，并且使用以下模式编写代码：

... code that checks system state
if (system_state_favors_activation)
{
  prepare_for_activation();
  ... code that checks system state again
  if (system_state_is_valid)
  {
    if (system_state_favors_activation)
      trigger_activation();
  }
  else
    perform_safety_shutdown_and_restart();
}
cancel_preparations();

如果编译器以相对文字的方式翻译代码，并且如果全部在prepare_for_activation（）之后重复对系统状态的检查，系统可以对几乎任何可能的单一故障事件具有鲁棒性，甚至那些会任意破坏程序计数器和堆栈的程序。如果在调用prepare_for_activation（）之后发生了一个小故障，这意味着激活是合适的（因为没有其他原因prepare_for_activation（）将在故障发生之前被调用）。如果故障导致代码不正确地到达prepare_for_activation（），但如果没有后续故障事件，则代码将无法在未通过验证检查或先调用cancel_preparies的情况下到达trigger_activation（）[如果堆栈出现问题，则在调用prepare_for_activation（）的上下文返回后，执行可能会继续到trigger_active（）之前的某个位置，但调用cancel_preparations（从而使后者的调用无害。

这样的代码在传统的C语言中可能是安全的，但在现代的C编译器中却不安全。这种编译器在这种环境中可能非常危险，因为它们努力只包含通过某种定义良好的机制可能出现的情况下相关的代码，并且其结果也将得到很好的定义。在某些情况下，旨在检测和清理故障的代码可能会使情况变得更糟。如果编译器确定尝试的恢复在某些情况下会调用未定义的行为，则可能推断在这种情况下不可能出现需要恢复的条件，从而消除了检查这些条件的代码。

使用C语言编写在这种环境中表现稳健的程序是可能的，但前提是大多数形式的编译器优化都被禁用。优化编译器旨在用“更高效”的编码模式替换许多看似冗余的编码模式，并且可能不知道当编译器知道x不可能保持任何其他值时，程序员测试x==42的原因是因为程序员想要阻止执行某些代码，而x保持某个其他值——即使在这样的情况下，它保持该值的唯一方法是系统接收到某种电气故障。

将变量声明为易失性通常很有用，但可能不是万能药。特别重要的是，注意安全编码通常需要操作具有需要多个步骤来激活的硬件联锁，并且使用以下模式编写代码：

... code that checks system state
if (system_state_favors_activation)
{
  prepare_for_activation();
  ... code that checks system state again
  if (system_state_is_valid)
  {
    if (system_state_favors_activation)
      trigger_activation();
  }
  else
    perform_safety_shutdown_and_restart();
}
cancel_preparations();

如果编译器以相对文字的方式翻译代码，并且如果全部在prepare_for_activation（）之后重复对系统状态的检查，系统可以对几乎任何可能的单一故障事件具有鲁棒性，甚至那些会任意破坏程序计数器和堆栈的程序。如果在调用prepare_for_activation（）之后发生了一个小故障，这意味着激活是合适的（因为没有其他原因prepare_for_activation（）将在故障发生之前被调用）。如果故障导致代码不正确地到达prepare_for_activation（），但如果没有后续故障事件，则代码将无法在未通过验证检查或先调用cancel_preparies的情况下到达trigger_activation（）[如果堆栈出现问题，则在调用prepare_for_activation（）的上下文返回后，执行可能会继续到trigger_active（）之前的某个位置，但调用cancel_preparations（从而使后者的调用无害。

这样的代码在传统的C语言中可能是安全的，但在现代的C编译器中却不安全。这种编译器在这种环境中可能非常危险，因为它们努力只包含通过某种定义良好的机制可能出现的情况下相关的代码，并且其结果也将得到很好的定义。在某些情况下，旨在检测和清理故障的代码可能会使情况变得更糟。如果编译器确定尝试的恢复在某些情况下会调用未定义的行为，则可能推断在这种情况下不可能出现需要恢复的条件，从而消除了检查这些条件的代码。

如何运行应用程序的许多实例。如果崩溃是由于随机的内存位变化造成的，那么你的一些应用程序实例很可能会通过并产生准确的结果。（对于有统计背景的人来说）很容易计算出在给定的比特翻转概率下需要多少个实例才能实现所希望的最小总体错误。

为放射性环境编写代码实际上与为任何任务关键型应用程序编写代码没有什么不同。

除了已经提到的内容外，还有一些杂项提示：

使用任何半专业嵌入式系统都应具备的日常“面包和黄油”安全措施：内部看门狗、内部低电压检测、内部时钟监视器。这些事情在2016年甚至不需要提及，它们几乎是每个现代微控制器的标准。如果您有一个面向安全和/或汽车的MCU，它将具有某些看门狗功能，例如给定的时间窗口，您需要在其中刷新看门狗。如果您有任务关键型实时系统，则首选此选项。一般来说，使用适用于这类系统的MCU，而不是在一包玉米片中收到的普通主流绒毛。现在几乎每个MCU制造商都有专门为安全应用设计的MCU（TI、Freescale、Renesas、ST、Infineon等）。它们有很多内置的安全功能，包括锁步内核：这意味着有两个CPU内核执行相同的代码，它们必须彼此一致。重要事项：您必须确保内部MCU寄存器的完整性。硬件外设的所有可写控制和状态寄存器可能位于RAM内存中，因此易受攻击。为了保护自己免受寄存器损坏，最好选择具有内置寄存器“一次写入”功能的微控制器。此外，您需要在NVM中存储所有硬件寄存器的默认值，并定期将这些值复制到寄存器中。您可以以同样的方式确保重要变量的完整性。注意：始终使用防御性编程。这意味着您必须在MCU中设置所有寄存器，而不仅仅是应用程序使用的寄存器。你不希望一些随机的硬件外设突然醒来。有各种各样的方法来检查RAM或NVM中的错误：校验和、“行走模式”、软件ECC等。现在最好的解决方案是不使用任何这些，而是使用内置ECC和类似检查的MCU。因为在软件中这样做很复杂，因此错误检查本身可能会引入错误和意外问题。使用冗余。您可以将易失性和非易失性内存存储在两个相同的“镜像”段中，这两个段必须始终相等。每个段可以附加CRC校验和。避免使用MCU外部的外部存储器。为所有可能的中断/异常实现默认中断服务例程/默认异常处理程序。即使是你不使用的。默认例程除了关闭自己的中断源之外，不应该做任何事情。理解并接受防御性编程的概念。这意味着您的程序需要处理所有可能的情况，即使是理论上无法发生的情况。示例。高质量的任务关键型固件检测到尽可能多的错误，然后以安全的方式处理或忽略它们。不要编写依赖于指定不良行为的程序。这种行为可能会因辐射或EMI引起的意外硬件变化而发生剧烈变化。确保您的程序没有此类垃圾的最佳方法是使用像MISRA这样的编码标准，以及静态分析器工具。这也有助于防御编程和消除bug（为什么您不想在任何类型的应用程序中检测bug？）。重要提示：不要依赖静态存储持续时间变量的默认值。也就是说，不要信任.data或.bss的默认内容。从初始化点到实际使用变量的点之间可能有任何时间，RAM可能有足够的时间损坏。相反，编写程序，以便在运行时从NVM中设置所有此类变量，就在首次使用此类变量之前。在实践中，这意味着如果变量在文件范围内声明或声明为静态，则永远不应该使用=来初始化它（或者可以，但这是没有意义的，因为无论如何都不能依赖于值）。始终在运行时设置，就在使用之前。如果可以从NVM中重复更新这些变量，那么就这样做。类似地，在C++中，对于静态存储持续时间变量，不要依赖构造函数。让构造函数调用公共的“设置”例程，您也可以稍后在运行时直接从调用方应用程序调用该例程。如果可能的话，请完全删除初始化.data和.bss（并调用C++构造函数）的“向下复制”启动代码，这样在编写依赖于这些的代码时就会出现链接器错误。许多编译器都可以选择跳过这一步，通常称为“最小/快速启动”或类似操作。这意味着必须检查任何外部库，以便它们不包含任何此类依赖。实现并定义程序的安全状态，以便在发生严重错误时恢复到该状态。实施错误报告/错误日志系统总是有帮助的。

免责声明：我不是放射性专业人员，也不是这类应用的工作人员。但我致力于关键数据的长期归档的软错误和冗余，这有点联系（相同的问题，不同的目标）。

在我看来，放射性的主要问题是放射性可以切换位，因此放射性可以/将篡改任何数字存储器。这些错误通常被称为软错误、比特腐烂等。

问题是：当你的内存不可靠时，如何可靠地计算？

要显著降低软错误率（以计算开销为代价，因为大多数情况下都是基于软件的解决方案），您可以：

依靠好的旧冗余方案，更具体地说，是更有效的纠错码（目的相同，但算法更聪明，这样可以用更少的冗余恢复更多的比特）。这有时（错误地）也称为校验和。使用这种解决方案，您必须随时将程序的完整状态存储在主变量/类（或结构？）中，计算ECC，并在执行任何操作之前检查ECC是否正确，如果不正确，则修复字段。然而，此解决方案不能保证您的软件能够正常工作（简单地说，它可以正常工作，否则停止工作，因为ECC可以告诉您是否有问题，在这种情况下，您可以停止软件，这样您就不会得到假结果）。或者，您可以使用弹性算法数据结构，这在一定程度上保证您的程序即使在存在软错误的情况下仍能给出正确的结果。这些算法可以看作是普通算法结构与ECC方案的混合，但这比这更具弹性，因为弹性方案与结构紧密结合，因此不需要编码额外的过程来检查ECC，而且通常速度更快。这些结构提供了一种方法，可以确保您的程序在任何条件下都能工作，直到软错误的理论范围。您还可以将这些弹性结构与冗余/ECC方案混合使用，以提高安全性（或将最重要的数据结构编码为弹性数据结构，其余的是可从主数据结构重新计算的消耗性数据，作为具有ECC或奇偶校验的正常数据结构，计算速度非常快）。

如果您对弹性数据结构感兴趣（这是一个最近但令人兴奋的算法和冗余工程领域），我建议您阅读以下文档：

罗马大学Giuseppe F.Italiano“Tor Vergata”介绍的弹性算法数据结构Christiano，P.、Demaine，E.D.和Kishore，S.（2011）。具有附加开销的无损容错数据结构。《算法和数据结构》（第243-254页）。施普林格柏林海德堡。Ferraro Petrillo，U.、Grandoni，F.和Italiano，G.F.（2013）。数据结构对记忆故障的恢复能力：词典的实验研究。实验算法杂志（JEA），18，1-6。意大利，G.F.（2010）。弹性算法和数据结构。《算法与复杂性》（第13-24页）。施普林格柏林海德堡。

如果您有兴趣了解弹性数据结构领域的更多信息，您可以查看Giuseppe F.Italiano的作品（并通过参考文献）和Fault RAM模型（在Finocchi等人2005；Finocchi和Italiano 2008中介绍）。

/编辑：我说明了主要针对RAM内存和数据存储的软错误的预防/恢复，但我没有谈到计算（CPU）错误。其他答案已经指出了在数据库中使用原子事务，所以我将提出另一个更简单的方案：冗余和多数投票。

其思想是，您只需对需要进行的每一次计算进行x次相同的计算，并将结果存储在x个不同的变量中（x>=3）。然后可以比较x变量：

如果他们都同意，那么根本就没有计算错误。如果他们不同意，那么您可以使用多数票来获得正确的值，因为这意味着计算部分损坏，您还可以触发系统/程序状态扫描以检查其余部分是否正常。如果多数投票无法确定获胜者（所有x值都不同），那么这是触发故障保护程序（重新启动、向用户发出警报等）的完美信号。

与ECC相比，这种冗余方案非常快（实际上是O（1）），当您需要故障保护时，它为您提供了清晰的信号。多数表决也（几乎）保证不会产生损坏的输出，并从较小的计算错误中恢复，因为x计算给出相同输出的概率是无穷小的（因为有大量可能的输出，所以几乎不可能随机获得3倍相同的结果，如果x>3，则可能性更小）。

因此，通过多数表决，您可以避免损坏的输出，并且通过冗余x==3，您可以恢复1个错误（如果x==4，则可以恢复2个错误，等等——确切的公式是nb_error_recoverable==（x-2），其中x是计算重复次数，因为您需要至少2个一致的计算才能使用多数表决进行恢复）。

缺点是你需要计算x次而不是一次，所以你有额外的计算成本，但是它的线性复杂性是渐进的，所以你不会因为你获得的好处而损失太多。进行多数表决的快速方法是计算阵列上的模式，但也可以使用中值滤波器。

此外，如果您想确保计算正确进行，如果您可以制作自己的硬件，您可以用x个CPU构建设备，并将系统连接起来，以便在x个CPU之间自动复制计算，并在最后以机械方式进行多数表决（例如，使用“与/或”门）。这通常在飞机和任务关键设备中实现（参见三模块冗余）。这样，你就不会有任何计算开销（因为额外的计算将并行进行），并且你有另一层防止软错误的保护（因为计算重复和多数表决将由硬件直接管理，而不是由软件管理——因为程序只是存储在内存中的位……）。

使用循环调度程序。这使您能够增加定期维护时间，以检查关键数据的正确性。最常遇到的问题是堆栈损坏。如果您的软件是周期性的，您可以在周期之间重新初始化堆栈。不要为中断调用重用堆栈，请为每个重要的中断调用设置一个单独的堆栈。

与看门狗概念类似的是最后期限计时器。在调用函数之前启动硬件计时器。如果函数在截止时间计时器中断之前未返回，则重新加载堆栈并重试。如果在3/5次尝试后仍然失败，则需要从ROM重新加载。

将软件拆分为多个部分，并将这些部分隔离开来，以使用单独的内存区域和执行时间（尤其是在控制环境中）。示例：信号采集、预处理数据、主要算法和结果实现/传输。这意味着某一部分的失败不会导致整个程序的失败。因此，当我们修复信号采集时，其余任务将继续处理过时的数据。

一切都需要CRC。如果您在RAM中执行，甚至您的.txt也需要CRC。如果使用循环调度程序，请定期检查CRC。有些编译器（不是GCC）可以为每个部分生成CRC，有些处理器有专用硬件来进行CRC计算，但我想这将超出您的问题范围。检查CRC还会提示内存上的ECC控制器在出现问题之前修复单位错误。

使用看门狗进行启动，而不仅仅是一次操作。如果您的启动遇到问题，您需要硬件帮助。