嵌入式非易失性存儲(chǔ)器在汽車(chē)系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著汽車(chē)逐漸發(fā)展成為高度集成的交通、信息和娛樂(lè)系統(tǒng),其半導(dǎo)體成分不斷增多。如今的汽車(chē)包含了數(shù)以十計(jì)的處理器、大量的傳感器和各類控制、安全、舒適及通信系統(tǒng)。所有這些系統(tǒng)都需要非易失性存儲(chǔ)。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/83383.htm車(chē)載系統(tǒng)的存儲(chǔ)器有多種不同形式,其容量少則只有數(shù)百位,用于存儲(chǔ)ID和傳感器數(shù)據(jù),多則高達(dá)數(shù)兆字節(jié),用于保存復(fù)雜的固件程序。不同系統(tǒng)對(duì)非易失性存儲(chǔ)器(NVM)的要求不同,但無(wú)一例外都希望它便宜、可靠、安全并易于在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。本文深入探討了一些常見(jiàn)應(yīng)用,闡述了它們所需要的存儲(chǔ)器要求和特性。
固件存儲(chǔ)
如今的汽車(chē)可謂是真正的個(gè)人汽車(chē)系統(tǒng),其中包含了眾多依賴MCU工作的電子子系統(tǒng),如制動(dòng)系統(tǒng)、電子穩(wěn)定裝置、巡航控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、電源管理和儀表板等。這些處理器需要總計(jì)數(shù)百萬(wàn)行的軟件代碼,而所有代碼都必須存儲(chǔ)在NVM中。目前存儲(chǔ)這些代碼的技術(shù)是與MCU相嵌在一起的閃存。
除了閃存,也可以選用一次性可編程(OTP)存儲(chǔ)器,如用掩膜可配置ROM來(lái)存儲(chǔ)代碼。不過(guò),這種方法缺乏現(xiàn)場(chǎng)可編程能力,此后就不可能對(duì)代碼進(jìn)行升級(jí)以修正問(wèn)題或是增強(qiáng)系統(tǒng)的功能組合。現(xiàn)場(chǎng)可編程能力還讓MCU制造商得以延長(zhǎng)其車(chē)載產(chǎn)品的壽命,支持新的汽車(chē)款式。
MCU供應(yīng)商已經(jīng)轉(zhuǎn)向采用嵌入式閃存來(lái)進(jìn)行固件存儲(chǔ),因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/嵌入式">嵌入式閃存現(xiàn)場(chǎng)可編程。但嵌入式閃存需要浮柵技術(shù),這使得MCU芯片的制造成本增加了30-50%。此外,由于通過(guò)電壓對(duì)比或其它掃描技術(shù)就可以讀取代表著MCU廠商知識(shí)產(chǎn)權(quán)的閃存內(nèi)容,閃存在固件存儲(chǔ)方面還存在著安全隱患。
如果現(xiàn)場(chǎng)可編程O(píng)TP存儲(chǔ)器外型小巧的話,通過(guò)在系統(tǒng)級(jí)將其設(shè)計(jì)為“數(shù)次可編程”,可以利用它來(lái)代替閃存以存儲(chǔ)程序。MCU供應(yīng)商能做的,就是除了存儲(chǔ)現(xiàn)有程序代碼的扇區(qū)外,還在OTP存儲(chǔ)器中留出一個(gè)或多個(gè)未指定扇區(qū)。若需對(duì)某個(gè)程序代碼模塊進(jìn)行升級(jí),就把被升級(jí)的模塊編程入一個(gè)未用存儲(chǔ)扇區(qū),讓控制邏輯轉(zhuǎn)而指向升級(jí)后的模塊(見(jiàn)圖1)。這種技術(shù)還可用于其它車(chē)載系統(tǒng),如傳感器校準(zhǔn)和數(shù)字版權(quán)管理(DRM)密鑰,本文稍后將對(duì)此進(jìn)行探討。
對(duì)于價(jià)格不貴而又性能可靠的嵌入式NVM而言,在嵌入式MCU中進(jìn)行可編程固件存儲(chǔ)是一個(gè)理想的應(yīng)用領(lǐng)域。這種存儲(chǔ)器價(jià)格必須非常低廉,不會(huì)增加任何額外的芯片制造成本。此外,它必須高度可靠,必須能夠在汽車(chē)的高溫工作環(huán)境中正常運(yùn)行。
圖1、MCU供應(yīng)商在OTP存儲(chǔ)器中預(yù)留未編程扇區(qū),使得汽車(chē)制造商能夠通過(guò)把升級(jí)內(nèi)容下載到初始未編程扇區(qū)中來(lái)對(duì)MCU的程序模塊進(jìn)行升級(jí)。
傳感器校準(zhǔn)
如今汽車(chē)使用了許多并不昂貴的傳感器,這些傳感器可用于引擎控制、駕駛員輔助及安全裝置和舒適性子系統(tǒng),能夠監(jiān)控許多關(guān)鍵參數(shù),如安全氣囊準(zhǔn)備就緒情況、輪胎氣壓、引擎溫度、進(jìn)氣歧管壓力、光亮度、電池和電氣子系統(tǒng)電壓、用于制動(dòng)和轉(zhuǎn)向控制的汽車(chē)定位,以及各種溫度控制及其它舒適性配置。很多情況下,這些模擬傳感器都被配置成壓阻式橋網(wǎng)絡(luò),供汽車(chē)系統(tǒng)將物理參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姎庑盘?hào),以此測(cè)量壓力、溫度或濕度等模擬參數(shù)。
用于電子信號(hào)轉(zhuǎn)換的物理參數(shù)通常是低電平、非線性的,且與溫度密切相關(guān)。設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行一些信號(hào)調(diào)節(jié)工作,以此放大和校準(zhǔn)傳感器信號(hào)在靈敏度、偏移和非線性度等方面的器件間隨機(jī)變化,并讓它不再受溫度影響,從而為系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)線性而精確的信號(hào)。在傳感器校準(zhǔn)方面,另一個(gè)問(wèn)題是偏移或靈敏度這類參數(shù)因系統(tǒng)而異,需要對(duì)每個(gè)傳感器和調(diào)節(jié)電路分別進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。
有幾家車(chē)載半導(dǎo)體制造商在提供能夠?qū)蚴絺鞲衅鬟M(jìn)行放大、校準(zhǔn)并做溫度補(bǔ)償?shù)男酒?。它們通常利?個(gè)微控制器來(lái)數(shù)字式控制1個(gè)或多個(gè)DAC,把一組傳感器校準(zhǔn)系數(shù)編程到一個(gè)EEPROM(嵌入式或外部皆可)中,創(chuàng)建一個(gè)查找表(見(jiàn)圖2)。
圖2、采用EEPROM存儲(chǔ)傳感器校準(zhǔn)系數(shù)的一種典型的可編程車(chē)載傳感器調(diào)節(jié)裝置。
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