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目前,嵌入式系统在航空、航天、医疗等安全关键领域的应用日益广泛,安全关键领域对嵌入式系统的可靠性需求远远高于一般领域,且要求愈来愈高。如何保障嵌入式系统的可靠性已成为国内外众多学者重视的研究热点之一。如果能够在嵌入式系统开发早期阶段,即设计阶段就能对可靠性进行严格的验证,无疑可大幅度降低嵌入式系统后期的测试和维护成本。因此,很有必要研究嵌入式系统开发早期阶段的可靠性建模、评估和定量分析的技术,以减少嵌入式系统潜在的软件错误和硬件缺陷。论文主要研究工作及成果如下:(1)为了对嵌入式软件的可靠性进行建模与评估,建立了一种结合Z和AADL的嵌入式软件可靠性模型ZARM(combining Z and AADL Reliability Model)。相较于已有模型,ZARM是一种从故障元素、静态结构和动态行为三个维度来对可靠性进行刻画的综合模型。为了对ZARM模型进行可靠性定量评估,提出了一种基于DTMC的嵌入式软件可靠性概率模型检测方法。将ZARM模型刻画为一个DTMC,结合MC平稳分布的性质,计算得出嵌入式软件状态概率的平稳分布,由此得出其可靠性评估结果。最后,通过一个嵌入式软件实例说明了ZARM建模过程及评估方法的应用。(2)为了对嵌入式硬件的可靠性进行建模与评估,建立了一种基于Z语言的嵌入式硬件可靠性模型ZHRM(Z-based Hardware Reliability Model)。与现有模型相比,ZHRM采用分级建模的方式,从嵌入式硬件的构成出发,以硬件功能模块为单位,为嵌入式硬件系统建立可靠性模型。为了对ZHRM的可靠性进行分析和定量评估,提出了一种基于CTMC的嵌入式硬件可靠性评估方法。设计了ZHRM到CTMC的转换规则,CTMC中描述了状态之间的转移关系和转移概率,通过CTMC可以计算得出嵌入式硬件在某一个时刻处于各个状态的概率,并由此识别出可靠性关键功能模块。最后,通过一个嵌入式硬件实例说明了建模ZHRM建模过程及评估方法的应用。(3)在上述研究成果的基础上,建立了一个嵌入式系统可靠性建模与评估框架,基于eclipse设计并初步实现了该建模与评估集成平台。该平台包含了三个子系统,模型转换子系统、ZARM建模与评估子系统和ZHRM建模与评估子系统。平台功能和性能的测试结果表明了该平台能够在较小的时间消耗下对嵌入式系统的可靠性进行评估,相比其他方法能够大幅度缩短可靠性验证时间。