圖解：汽車儀表板背后的車規(guī)級安全設計要求

車輛中的電子組件數量不斷增長，不僅增加故障率，也給駕駛員和乘客帶來更大風險。這種風險的增大迫使汽車行業(yè)將功能安全標準融入到汽車設計中。

ISO 26262標準對車載電子設備在整個生命周期的功能安全要求做出規(guī)定。它為汽車系統(tǒng)/組件提供從A級到D級的汽車安全完整性等級（ASIL）風險評估， D級為最高。ASIL的具體要求隨應用不同而改變。汽車儀表板必須顯示來自車內各傳感器和致動器(actuator)的關鍵信息，同時必須符合ASIL B級標準。還有一些儀表板顯示信息，如制動、指示器和變速箱速檔選擇器（PRNDL）信息，也必須符合ISO 26262功能安全標準。

先進的汽車儀表板技術

為了簡化和加速開發(fā)，新一代儀表板技術采用功能安全關鍵技術，為汽車應用提供符合ISO 26262標準的完整開發(fā)平臺。例如，圖1所示的可重配置數字儀表板，配備了汽車MCU支持的1280x480分辨率顯示器。此外，該儀表板還采用故障安全NOR閃存存儲器，以及符合所有功能安全要求的圖形化人機界面（HMI）。

圖1：符合ISO 26262標準的汽車儀表板解決方案

主要系統(tǒng)特性

新一代汽車儀表板既要高性能，更要確保安全和容錯運行。它們需要對所有安全關鍵型圖形進行檢測并予以糾正，然后再將這些圖形顯示在屏幕上。這些系統(tǒng)內的圖形存儲在支持關鍵要求方面起著重要作用，包括支持安全快速的啟動過程。

1.安全啟動

第一項要求是安全啟動。在眾多現代儀表板中，汽車MCU與NOR閃存器件搭配，共同用于存儲啟動代碼和圖形內容。如果在初始化或配置過程中發(fā)生斷電，某些情況下NOR閃存器件可能會受損或不能做出響應。采用故障安全NOR閃存可以防止運行故障。它可以報告器件初始化故障及配置失敗，并提供從故障中恢復的方法。

2.即時啟動

第二項必需的儀表板功能是“即時啟動”。儀表板顯示器應能在上電或重置后立即顯示準確數據，不應存在延遲。通過將汽車MCU與高速NOR閃存存儲器控制器相結合，并設計高效率圖形顯示方案，可以做到即時啟動。

3.安全圖形監(jiān)控器

正如本文之前討論過的，所有符合ISO 26262 ASIL B級功能安全要求的顯示器，都需要對虛擬儀表板上的告警燈、信號和變速檔位指示采取防錯機制。駕駛員必須隨時掌握儀表板是否正常工作。例如，儀表板必須能監(jiān)控和檢測安全關鍵型圖像/符號（參見圖2a）。

符合安全要求的圖形監(jiān)控器應能針對每一幀顯示輸出，對其中的安全關鍵型內容特征進行檢查。如果安全關鍵型內容發(fā)生損壞，那么系統(tǒng)應為該損壞內容生成不同的特征指示燈，并使用告警消息提示駕駛員（參見圖2b）。

圖2a：正確的制動指示燈

圖2b：發(fā)生故障的制動指示燈與安全監(jiān)控告警

4.圖像糾正

對儀表板提出的另一項關鍵要求是要具備圖像糾正功能。任何切實可用的儀表板應采用NOR閃存器件來存儲顯示圖像，并提供錯誤檢測與糾正功能。圖3a和圖3b就體現了這種理念。在本例中，我們故意將受損的近光燈指示燈圖像與正確圖像的ECC癥狀碼結合，并存儲在NOR閃存器件中。如果我們禁用NOR閃存器件中的糾錯功能，就會顯示模糊受損的近光燈指示燈圖像（參見圖3a）。如果我們啟用閃存器件中的糾錯功能，就會顯示糾正后的圖標（參見圖3b）。

如圖所示，通過監(jiān)控并糾正安全關鍵型顯示信息來確保準確性，NOR閃存技術將進一步提高安全性水平。

圖3a：禁用NOR閃存ECC后的指示燈圖像顯示

圖3b：啟用NOR閃存ECC后的指示燈圖像顯示

圖4所示的是儀表板原理圖，該儀表板以符合安全要求的方式使用NOR閃存訪問圖像數據。

圖4：儀表板系統(tǒng)解決方案

儀表板MCU內的功能安全

功能安全儀表板MCU，如賽普拉斯Traveo II，是符合安全要求的儀表板系統(tǒng)的重要組成部分。它們在單個組件中將傳統(tǒng)的MCU功能與圖形功能相結合。該MCU在功能安全方面符合ISO 26262標準，并為看門狗、時鐘管理器、低電壓檢測、CRC引擎、時序保護單元和外設保護單元等安全相關IP提供支持。

此外，軟件在功能安全中也起著重要作用。Altia ISO 26262和面向汽車嵌入式圖像的Altia安全監(jiān)控器（ASM）等儀表板平臺，使用儀表板MCU圖形子系統(tǒng)內的特征單元來檢查安全關鍵型內容特征。表1所示的是儀表板MCU的部分功能安全性功能。

表1：儀表板Traveo II MCU內的功能安全

NOR閃存內的功能安全

NOR閃存是最可靠的非易失性存儲器。在道路上行駛的數百萬輛汽車已對此作出證實。盡管如此，ISO 26262標準仍然要求汽車制造商對任何可能發(fā)生的故障進行檢測，以確保功能安全。專為功能安全設計的NOR閃存，例如賽普拉斯提供的Semper NOR閃存，集成了汽車系統(tǒng)的關鍵安全特性。以Semper為例，它是一種達到ASIL B級水平、即將滿足ASIL D級要求的器件。它具有良好的耐久度，編程/擦除周期高達100萬次以上，數據保持能力長達25年，即使在極端溫度條件下也是如此。NOR閃存密度高達4Gb，支持兼容QSPI和JEDEC xSPI標準的Octal和HyperBus接口。這兩種接口可提供高達400MB/s的吞吐量。表2所示的是功能安全性NOR閃存支持的所有安全機制與診斷功能。

表2：功能安全性Semper NOR閃存的功能安全詳解

軟件部分的功能安全

像Altia這樣的HMI軟件可以根據需要確認功能安全內容的正確顯示。它的通用嵌入式軟件應用達到ASIL B級水平，為HMI內的安全關鍵型對象提供監(jiān)控功能。它依據ISO 26262標準和ASIL B級標準開發(fā)，通過檢查每一幀顯示輸出中的安全關鍵型內容特征來確保其滿足ISO 26262標準的要求。

通過將功能安全融入到儀表板MCU、非易失性存儲器和嵌入式軟件中，開發(fā)人員能夠快速設計出符合安全要求的復雜汽車應用。