功能安全就緒

現(xiàn)今的汽車中使用了各種IC。尤其是單片機(MCU)，它以各種形式普遍存在。所有電子控制單元(ECU)都需要用到單片機，并且全車使用單片機來提供便利功能(例如自動駕駛)和各種其他復(fù)雜功能。

單片機范圍廣泛，涵蓋針對性能、電源效率和實時控制進(jìn)行優(yōu)化并添加基于硬件的觸摸界面的8位MCU，到可以運行多線程應(yīng)用并支持圖形、連接和安全功能的32位MCU。此外，還有將MCU與DSP引擎相結(jié)合的數(shù)字信號控制器(DSC)，可為傳感器、電機或電源轉(zhuǎn)換提供可靠且快速的確定性性能。

其中每一個IC都必須首先滿足汽車電子委員會(AEC)制定的汽車級制造和性能認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)定義了跨溫度等級的基于失效機制的壓力測試認(rèn)證過程。根據(jù)具體應(yīng)用，MCU需要通過AEC Q100 2級、1級或0級認(rèn)證。0級 = 150℃，1級 = 125℃，2級 = 105℃。

除了AEC認(rèn)證之外，還有額外的專用功能安全就緒特性要求，具體取決于器件和應(yīng)用。例如，8位MCU通常包括用于汽車接口和智能傳感器網(wǎng)絡(luò)的CAN FD，并且通常用作駕駛室、方向盤、中控臺內(nèi)機械和電容式按鈕的用戶界面(UI)控制器，或用作無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的一部分。

8位MCU所需的集成硬件安全功能通常適用于存儲器、系統(tǒng)復(fù)位、安全代碼執(zhí)行、安全通信和通用輸入/輸出(GPIO)保護(hù)。這些功能是通過集成專用的獨立于內(nèi)核的外設(shè)(CIP)和其他功能添加的，包括上電復(fù)位(POR)、欠壓復(fù)位(BOR)、窗口看門狗定時器(WWDT)和循環(huán)冗余校驗(CRC)，用于提高操作安全性和可靠性(見圖2)。

圖2：具有功能安全硬件特性的8位MCU

圖3：功能安全就緒16位DSC示例

對于功能安全就緒16位DSC，所需的硬件安全功能通常包括支持錯誤檢測和糾正的存儲器、存儲器內(nèi)置自檢(MBIST)、時鐘監(jiān)控和冗余振蕩器等，這些功能用于故障檢測、自診斷和系統(tǒng)診斷以及故障修復(fù)。

這些功能安全就緒器件支持設(shè)計安全關(guān)鍵型高性能嵌入式應(yīng)用、傳感器接口應(yīng)用、數(shù)字電源和電機控制應(yīng)用。典型應(yīng)用包括直流/直流系統(tǒng)、車載充電器(OBC)、執(zhí)行器和傳感器(位置和壓力)、觸摸單元和其他符合ASIL B或ASIL C標(biāo)準(zhǔn)的控制單元。圖3顯示了功能安全就緒DSC的功能示例。

圖4：功能安全就緒32位MCU示例

與所有功能安全就緒MCU一樣，32位MCU所需的硬件功能包括支持糾錯碼(ECC)和錯誤注入的存儲器、存儲器內(nèi)置自檢(MBIST)、時鐘系統(tǒng)(包含備用振蕩器和時鐘故障檢測)以及具有靜電放電(ESD)保護(hù)的GPIO(見圖4)。

同樣重要的是系統(tǒng)監(jiān)視器，其中包括POR、BOR、WDT和硬件CRC功能以及存儲器保護(hù)單元。32位MCU的適用范圍涵蓋從駕駛室內(nèi)部系統(tǒng)到高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)等一系列應(yīng)用，可用于實現(xiàn)功能安全。

通過將主MCU/DSC與輔助MCU/DSC或安全協(xié)處理器相結(jié)合，甚至可以使用標(biāo)準(zhǔn)MCU和DSC達(dá)到ASIL C/D安全級別。這是通過使用ASIL分解原理來實現(xiàn)的：兩個符合ASIL B標(biāo)準(zhǔn)的子系統(tǒng)組合可用于達(dá)到更高的ASIL，例如ASIL C/D：

ASIL C = ASIL B (C) + ASIL A (C)ASIL D = ASIL B (D) + ASIL B (D) = ASIL C (D) + ASIL A (D)

分解是通過劃分安全要求與實際器件實現(xiàn)的。

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