更智能的存儲(chǔ)如何提升自動(dòng)駕駛汽車的可靠性

自動(dòng)駕駛汽車的問世將極大地改變我們的出行習(xí)慣，并在交通運(yùn)輸行業(yè)掀起一場(chǎng)迅猛的變革。汽車行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型將帶來很多社會(huì)效益，例如減少事故、降低碳排放、改善交通流量、降低汽車擁有成本、降低保險(xiǎn)費(fèi)用以及提高燃油效率和出行能力。

然而，隨著在當(dāng)今道路上開展的真實(shí)試驗(yàn)，自動(dòng)駕駛汽車必須支持的功能不斷擴(kuò)展，其復(fù)雜程度也在迅速增大。這些自動(dòng)系統(tǒng)將對(duì)性能、功耗、安全性、安全保障和可靠性的要求不斷提高。對(duì)于汽車OEM廠商而言，要確保自動(dòng)駕駛汽車遵守安全規(guī)定，就需要按照ISO2626功能安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)軟硬件。如果開發(fā)商對(duì)此準(zhǔn)備不足，那么就需要額外投入資金和時(shí)間來證明其產(chǎn)品合乎安全標(biāo)準(zhǔn)，從而可能大幅推遲上市時(shí)間、壓縮盈利空間并侵蝕市場(chǎng)份額。

自動(dòng)駕駛汽車安全性與可靠性的核心目標(biāo)是防止人身傷害和財(cái)產(chǎn)損壞。事故在什么時(shí)候發(fā)生，由誰來承擔(dān)事故責(zé)任，也都是需要思考的法律問題。在這樣的交通狀態(tài)下，自動(dòng)駕駛面臨眾多法律問題，發(fā)生事故時(shí)如何判定責(zé)任歸屬，依然懸而未決。因此，必須避免發(fā)生故障。這就使得汽車OEM廠商和汽車市場(chǎng)供應(yīng)商更加關(guān)注可靠性。因此，證明智能汽車中的每個(gè)組件都安全可靠顯得至關(guān)重要。

更智能、更可靠的存儲(chǔ)

采用自動(dòng)駕駛技術(shù)的汽車配備有高級(jí)別的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能。這類車輛擁有多部傳感器（攝像頭、激光雷達(dá)等）和控制裝置，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛并避免碰撞。這些傳感器和控制裝置是任務(wù)關(guān)鍵型裝置，不能發(fā)生故障。圖1所示的是具備3、4、5級(jí)自動(dòng)水平，能進(jìn)行無監(jiān)控駕駛的全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的原理圖。

圖1：自動(dòng)駕駛系統(tǒng)：3級(jí)/4級(jí)/5級(jí)系統(tǒng)原理圖

非易失性存儲(chǔ)器器件在ADAS系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，為重要的任務(wù)關(guān)鍵型事件提供啟動(dòng)代碼存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)日志記錄。隨著這些系統(tǒng)智能化水平的提高，它們需要以更高級(jí)別的可靠性，更快地處理更多的數(shù)據(jù)。此外，即便ADAS設(shè)計(jì)在其他方面表現(xiàn)可靠，如果存儲(chǔ)器未受保護(hù)（即未在啟動(dòng)時(shí)或器件運(yùn)行過程中驗(yàn)證存儲(chǔ)器位是否發(fā)生變化），也很容易形成薄弱環(huán)節(jié)。

由于NOR閃存能提供受高可靠性和集成診斷功能支持的非易失存儲(chǔ)，因此對(duì)于任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用來說，它是理想的存儲(chǔ)器技術(shù)。集成診斷功能可確保數(shù)據(jù)完整性，檢測(cè)可能的故障，甚至進(jìn)行糾錯(cuò)。此外，即時(shí)啟動(dòng)功能和高性能快速系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間等優(yōu)勢(shì)在汽車加電時(shí)有助于立即訪問代碼、配置數(shù)據(jù)和圖形圖像。

如今，為了滿足ISO26262等汽車功能安全標(biāo)準(zhǔn)，存儲(chǔ)器器件系列均需要從頭開始進(jìn)行設(shè)計(jì)。這些新一代存儲(chǔ)器不僅能提供更高的可靠性，而且還能提高性能，大幅降低功耗并減少總體擁有成本。

集成

簡(jiǎn)化系統(tǒng)最有效的途徑之一是集成。當(dāng)系統(tǒng)由眾多組件構(gòu)成時(shí)，每個(gè)組件及其與其他組件的互聯(lián)都可能是潛在的故障點(diǎn)。例如，將MCU與存儲(chǔ)器進(jìn)行集成后，數(shù)據(jù)和代碼訪問速度更快、處理效率更高、可靠性更強(qiáng)、成本更低。此外，由于以往必須由開發(fā)人員集成至更大系統(tǒng)中的組件現(xiàn)在可由MCU進(jìn)行內(nèi)部管理，因此簡(jiǎn)化了開發(fā)工作。

集成的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)在也擴(kuò)展到NOR閃存。隨著存儲(chǔ)器制造商開始將存儲(chǔ)器與Arm Cortex-M0等處理器進(jìn)行集成，為了維護(hù)高密度、高速存儲(chǔ)器的可靠性，需要完成種種復(fù)雜的處理工作（參見圖2）。板載處理器的問世能夠?qū)崿F(xiàn)更智能的存儲(chǔ)，從而徹底改變工程師利用閃存開展設(shè)計(jì)的方式。例如，在過去為了延長(zhǎng)閃存的使用壽命，需要對(duì)損耗均衡軟件實(shí)施大量的開發(fā)工作。而現(xiàn)在，損耗均衡問題由集成MCU進(jìn)行內(nèi)部管理。

圖2：智能閃存存儲(chǔ)中的集成式Arm Cortex M0

采用16nm FinFET技術(shù)生產(chǎn)的新一代復(fù)雜SoC還不能將閃存存儲(chǔ)器嵌入到晶片中。因此它們必須依賴更智能、更可靠的外部NOR閃存技術(shù)。板載處理器不僅可以用于管理存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的所有安全關(guān)鍵型領(lǐng)域，而且還可用于管理存儲(chǔ)器的網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，防范惡意攻擊。將集成處理器納入閃存存儲(chǔ)器后，這些單元均由存儲(chǔ)器器件進(jìn)行自我管理，且能通過快速配置滿足應(yīng)用的特定要求。

不斷變化的要求

目前，汽車行業(yè)正在從駕駛輔助向全自動(dòng)發(fā)展。這些系統(tǒng)將要求在各個(gè)層面上實(shí)現(xiàn)智能，以降低時(shí)延，提高效率。同時(shí)，汽車的內(nèi)部架構(gòu)也正在從主要獨(dú)立運(yùn)行的分立式系統(tǒng)向互聯(lián)系統(tǒng)發(fā)展。互聯(lián)系統(tǒng)能在系統(tǒng)間實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，并發(fā)揮人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的作用。此外，從汽車中收集到的數(shù)據(jù)還將用于實(shí)施預(yù)測(cè)性維護(hù)，以便汽車在發(fā)生故障前就能提示駕駛員維護(hù)車輛。為了進(jìn)行更加復(fù)雜的分析以及完成從云端到汽車的全新軟件升級(jí)，還需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。

智能閃存存儲(chǔ)居于這些系統(tǒng)的核心位置，因?yàn)樵跇O端環(huán)境下，存儲(chǔ)在這些非易失性存儲(chǔ)器中的關(guān)鍵代碼和數(shù)據(jù)仍需具備可靠性，并且能夠持續(xù)使用20年以上而不發(fā)生故障。通過添加板載處理器，這些存儲(chǔ)器現(xiàn)在能提供更高水平的功能與可靠性，同時(shí)卸載損耗均衡等存儲(chǔ)器管理任務(wù)，利用加密保護(hù)強(qiáng)化系統(tǒng)安全并開展安全關(guān)鍵型診斷。

自動(dòng)駕駛是一個(gè)快速發(fā)展的行業(yè)，全新的安全特性和安全保障特性也將以同樣的速度完成開發(fā)并符合規(guī)范。OEM廠商需要一種靈活架構(gòu)來及時(shí)適應(yīng)這些標(biāo)準(zhǔn)并引入能增強(qiáng)長(zhǎng)期可靠性的高級(jí)功能。例如，當(dāng)存儲(chǔ)器能預(yù)測(cè)特定類型的故障時(shí)，它就能開始優(yōu)先處理。

為了幫助汽車OEM廠商打造合規(guī)系統(tǒng)，存儲(chǔ)器制造商需要提供符合ISO 26262規(guī)范的安全文檔，包括詳盡的安全性分析報(bào)告，如安全手冊(cè)、故障模式的影響與診斷分析（FMEDA）、相依故障分析（DFA）和情景無關(guān)安全元素（SEooC）。此外，存儲(chǔ)器制造商還需要積極制定并遵守這些標(biāo)準(zhǔn)，確保他們生產(chǎn)的組件持續(xù)符合法規(guī)要求。

Cypress的Semper NOR閃存等存儲(chǔ)器器件專為應(yīng)對(duì)新一代汽車和工業(yè)系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)而開發(fā)，能滿足各項(xiàng)質(zhì)量、可靠性和安全標(biāo)準(zhǔn)。