通過FPGA設(shè)計(jì)安全的高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)

最好在這一處理級(jí)實(shí)現(xiàn)一些存儲(chǔ)器緩沖，以便臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)?？梢栽俅吾槍?duì)這些存儲(chǔ)器例化奇偶校驗(yàn)或SECDED ECC，實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的診斷覆蓋。

探測(cè)邏輯本身的故障跡可以把兩個(gè)相同的邏輯模塊放到一起，鎖定它們。為能夠?qū)ΤＲ姷墓收线M(jìn)行探測(cè)，可以針對(duì)它們使用不同的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)，或者運(yùn)行一個(gè)具有兩周期時(shí)鐘延時(shí)的邏輯模塊。對(duì)兩個(gè)模塊的輸出進(jìn)行連續(xù)對(duì)比，能夠探測(cè)到一個(gè)模塊中出現(xiàn)的故障。

在這一中間處理級(jí)產(chǎn)生了新數(shù)據(jù)后，需要再次寫入外部DDR存儲(chǔ)器。與前面的步驟相同，可以對(duì)新數(shù)據(jù)計(jì)算校驗(yàn)和，將這一校驗(yàn)和寫入到存儲(chǔ)器中。DDR存儲(chǔ)器控制器中的存儲(chǔ)器保護(hù)功能會(huì)探測(cè)地址故障，避免覆寫其他關(guān)鍵的應(yīng)用數(shù)據(jù)。

高級(jí)圖像處理

高級(jí)圖像處理階段包括目標(biāo)探測(cè)和目標(biāo)分類。從軟件術(shù)語(yǔ)的角度來(lái)講，這一級(jí)主要是控制代碼，因此，非常適合在CPU上運(yùn)行。在我們的應(yīng)用實(shí)例中，可以在HPS中開發(fā)這類功能。圖9顯示了高級(jí)圖像處理涉及到的模塊。

雖然實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)CPU，但是并沒有運(yùn)行在鎖定模式下，即在程序執(zhí)行過程中，一個(gè)CPU進(jìn)行檢查，另一個(gè)自動(dòng)探測(cè)故障。如果一個(gè)執(zhí)行安全關(guān)鍵代碼或者數(shù)據(jù)的CPU出現(xiàn)了故障，那么，應(yīng)用程序應(yīng)保證對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢查。這可以通過在相同的CPU或者另一個(gè)CPU上冗余執(zhí)行代碼來(lái)完成。如果一個(gè)CPU出現(xiàn)了永久故障，在一個(gè)CPU上相同的代碼執(zhí)行了兩遍，那么，CPU中的故障可能會(huì)產(chǎn)生兩次錯(cuò)誤的結(jié)果，從而不會(huì)被探測(cè)到?？梢酝ㄟ^實(shí)現(xiàn)兩種不同的程序來(lái)避免這一問題，但是，其缺點(diǎn)是增加了開發(fā)工作量，針對(duì)同一程序開發(fā)兩種不同的版本。另一種選擇是在第二個(gè)CPU上運(yùn)行冗余計(jì)算。一個(gè)CPU中的永久故障不會(huì)影響另一個(gè)CPU，因此，只要故障不是在共享資源中，那么，不需要運(yùn)行不同的軟件就能夠探測(cè)到錯(cuò)誤執(zhí)行。運(yùn)行算法兩次，然后對(duì)比結(jié)果，也可以探測(cè)到瞬時(shí)故障。對(duì)于軟件在兩個(gè)CPU上執(zhí)行的情況，很有可能相同的代碼并沒有在兩個(gè)CPU的同一周期中執(zhí)行，因此，進(jìn)行計(jì)算然后對(duì)比冗余執(zhí)行的輸出即可發(fā)現(xiàn)故障。在不同的時(shí)間執(zhí)行代碼的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地測(cè)出常見的故障。

正如前面所提到的，由SECDED ECC或者奇偶校驗(yàn)功能來(lái)保護(hù)處理過程所涉及到的存儲(chǔ)器。

而在L3互聯(lián)、DDR存儲(chǔ)器控制器、片內(nèi)RAM控制器的其他邏輯中還可能會(huì)出現(xiàn)故障。對(duì)于較大的數(shù)據(jù)，可以采用CRC校驗(yàn)和來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)不會(huì)被修改。為中間級(jí)處理模塊生成的數(shù)據(jù)建立了校驗(yàn)和后，可以在用于后面的操作之前對(duì)其進(jìn)行檢查。對(duì)于較小的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，讀回就可以確定傳輸是否正確。對(duì)于讀取用于處理的數(shù)據(jù)，可以讀兩遍，在使用之前進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)數(shù)據(jù)規(guī)模有限時(shí)這不會(huì)產(chǎn)生太大的處理開銷，但是能夠很好地測(cè)出故障。

用于探測(cè)故障的其他特性包括每一Cortex-A9處理器中的存儲(chǔ)器管理單元(MMU)、DDR存儲(chǔ)器控制器中的存儲(chǔ)器保護(hù)特性，以及看門狗定時(shí)器。

結(jié)論

ADAS是確保越來(lái)越擁擠的道路更加安全的下一波創(chuàng)新。這些系統(tǒng)的性能需求給現(xiàn)有以及未來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)商用貨架(COTS)產(chǎn)品帶來(lái)了挑戰(zhàn)，而可編程FPGA在這方面有很大的優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)定制碼型發(fā)生器或者定制看門狗定時(shí)器等專用診斷功能，能夠提高對(duì)系統(tǒng)的診斷覆蓋范圍，而這些功能很難在標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)。流處理是圖像處理的第一步，減少了存儲(chǔ)器讀寫操作，因此，能夠減少故障的發(fā)生，降低功耗，提高應(yīng)用性能。很多COTS產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)并沒有體現(xiàn)功能安全，使用具有功能安全的平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，與擅長(zhǎng)功能安全的合作伙伴合作，都有利于系統(tǒng)的整體實(shí)現(xiàn)。