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汽车上的“黑匣子”

2022-01-12

中国电源产业网

导语：英飞凌具有30年的非易失性存储设计生产技术积累与严格高标准的质量管控体系，针对这些不同应用的不同场景提供了部分相对应的车规级别高性能、大容量、高质量的外置非易失性存储器，以保证在车辆运行的严酷环境条件下依然保证数据的可靠性、稳定性和高吞吐能力，助力新一代汽车电子设计并为汽车智能化网联化不断提供可供信赖的解决方案

● 英飞凌车用外置非易失存储器

Semper™ NOR Flash

英飞凌Semper™系列 NOR Flash是2018年推出的业界首款通过ASIL-B级功能安全(Functional Safety)标准认证的外置存储器， Semper™ NOR Flash在架构设计时充分考虑汽车行业应用需求并符合ISO26262规范标准，提供了与之对应的特性与功能，在汽车应用常见的极端温度下也可以提供业界最佳的读取带宽、瞬时启动、高耐用性与长期的数据存储能力，为构建故障安全的嵌入式汽车系统提供更丰富的选择。

为了提供更好的性能与错误检测与反馈，Semper™系列NOR Flash在内部使用了ARM Cortex-M0的内核来提升接口转换和状态采集的实时性，同时内部还集成了多个可靠性和功能安全(Functional Safety)的诊断模块，进一步提升系统整体鲁棒性。

英飞凌Semper™系列NOR Flash内部的诊断模块包含“数据一致性”，“错误告警”和“运行恢复”三大部分，对于数据一致性的校验可以为主控提供Flash任意地址区间和接口传输数据的CRC(Cyclic Redundancy Check)校验功能并输出CRC32校验值，以便系统检测和判断关键数据或是部分启动代码是否被篡改；同时Flash内部集成了硬件ECC(Error Correction Code)数据纠错模块，可以在数据烧录时自动生成ECC校验值并在数据读取过程中动态计算校验码并纠正bit反转等数据错误，Flash内每16byte搭配9bit ECC parity来实现SECDEC(1bit ECC纠错和2bit ECC检错)功能。另外，Flash在内部初始化、寄存器配置、读写擦工作过程中出现的大多数错误都具备实时检测和告警的功能，有些封装方式下还具备INT#管脚，可以将错误以硬中断的方式输出给主控，让原本作为Slave从设备的NOR Flash具备错误的可感知、可告警、可恢复的功能，从而提升系统整体可靠性与稳定性。

英飞凌Semper™系列NOR Flash全面符合JEDEC xSPI (JESD-251A)规范，提供了 Quad SPI、Octal SPI 以及 HyperBus™ 不同接口规格的产品。该系列同时提供AEC-Q100 汽车认证产品，最高支持 -40°C 至 + 125°C 的扩展温度范围、1.8V 和 3.0V 工作电压范围、产品覆盖从512Mb至4Gb 的容量范围。

英飞凌Semper™系列NOR Flash采用最新的45nm MirrorBit™制程工艺，其QSPI接口产品较上一代吞吐率从最高80MB/S提升至102MB/S，其Octal 和 HyperBus™ 接口的产品作为高性能 x8 (8*I/O) NOR Flash，较上一代吞吐率从最高333MB/S提升至最高 400 MB/S 的读取带宽。

Excelon™ F-RAM

英飞凌Excelon™系列F-RAM提供了业界领先的低功耗和大容量铁电存储器，通过将超低功耗操作与高速接口、即时非易失性和无限的读写周期持久性相结合，使其成为便携式医疗、可穿戴、物联网传感器、工业和汽车应用的理想数据记录存储器。

其中Excelon™ Auto系列F-RAM提供从2Mb到16Mb容量产品并且符合ISO26262功能安全规范，除了1.8V到3.6V的宽电压范围外，还支持1.71V到1.89V的工作电压范围。Excelon™ Auto系列F-RAM提供经过AEC-Q100 Grade 1汽车认证的最高-40°C 至 + 125°C 的扩展温度范围的产品，同时支持高达108MHz的QSPI接口，具有10¹³次的写续航能力、快速即时读写的特性。

● 英飞凌车用外置非易失存储器在ADAS系统中的应用

为了让车辆更加自主智能并辅助驾驶员提升车辆行驶安全性和舒适度，ADAS技术应运而生。而在车厂打造产品差异化和消费者对新技术青睐的助推下，ADAS技术逐渐普及并且在功能上不断推陈出新。随着新能源汽车为主的本土供应商崛起，使得新能源汽车更具搭载ADAS的价值，也推动着ADAS系统的不断更新迭代。

早期的ADAS 系统主要以被动式报警为主，当车辆检测到潜在危险时，会发出警报提醒驾车者注意异常的车辆或道路情况。对于新的ADAS 系统来说，主动式危险感知和干预也越来越多的应用于实际车辆的感知与控制中。

Image/Radar/Lidar Sensing System (Semper NOR Flash)

目前ADAS系统功能模块中，无论是360°全景影像、自适应巡航、驾驶员监测系统，还是前方碰撞及行人检测、车道保持和偏离预警系统，大部分还是需要摄像头、雷达、激光雷达、超声及红外等传感器的参与。这些传感器将所采集的图像/传感数据进行处理、校正、拼接或是融合之后的信息传输给主控制芯片进行进一步的运动、行人、距离检测并最终做出决断、告警和车辆控制。

在采集传感端的ASIC/MCU/MPU和中央处理侧的MPU/SoC都会有启动代码、关键日志、传感器校准数据以及数据暂存的需求，并且由于所应用位置为ADAS的核心部件并且事关系统整体稳定与车辆安全行驶，因此对于外部NOR Flash的容量、速度、可靠性提出了更高要求。

英飞凌Semper™系列 NOR Flash针对这一使用场景，利用Flash内部集成了硬件ECC(Error Correction Code)数据纠错模块，可以在数据烧录时自动生成并存储ECC校验值，在数据读取过程中动态计算校验码并自动纠正bit反转等数据错误，这样可以最大限度保证数据的正确性，在出现问题时及时感知并纠正错误，以提升系统整体可靠性。

同时，针对ADAS系统模块软件在线升级时外部存储器上启动代码被意外篡改和数据被非法入侵等痛点，英飞凌Semper™系列 NOR Flash也具备硬件CRC(Cyclic Redundancy Check)的循环冗余校验功能。在系统分阶段启动的过程中，MCU/SoC可以通过配置Flash内部寄存器(CRC计算起始地址寄存器，CRC计算结束地址寄存器，CRC32校验值寄存器)直接让Flash计算并输出CRC32校验值，由于数据不需要从Flash内部拷贝到RAM上进行计算，因此节约了大量总线传输和MCU/SoC计算时间和算力。MCU/SoC可以通过Flash内部计算的启动代码/数据的CRC32校验值并与升级文件的校验值比对来快速判断代码/数据是否被篡改，从而在保证数据一致性的前提下进一步提升系统启动速度。

EDR (F-RAM)

在ADAS系统辅助驾驶等级不断提升的过程中，由机器参与的感知、判断和决策的比例越来越高，在车辆出现事故时责任的认定和原因调查成为了必要的环节，因此对车辆事故前后的紧急数据存储提出了更高的需求。

事件数据记录器(EDREvent Data Recorder)作为汽车上的黑匣子，它几乎记录了汽车的任何动作以及驾驶员对汽车所做的一切。例如汽车发生事故前后的数据(如：速度、刹车、转向灯、车门、发动机温度等)，对于还原事故真相至关重要。

英飞凌Excelon™ Auto系列F-RAM完美匹配了此类应用的需求，在可以与其他内存(如SRAM、EEPROM或是SPI NOR Flash)使用相同的主机处理器接口的同时，利用其近乎为0等待的快速写入来消除其他技术所需的“浸泡时间”或页/扇区缓冲而造成的写延迟。即时写操作消除了由于意外掉电或电压跌落而导致的数据丢失或是未完全写入的风险。

另外，英飞凌Excelon™ Auto系列F-RAM提供业界领先的16Mb大容量产品，覆盖最高车规AEC-Q100 Grade 1(-40°C 至 + 125°C)认证的产品的同时，在严苛工作条件下仍然具备超高的写入寿命次数(10¹³次)和超长数据保持时间，在85℃结温下数据依然可以保持长达121年，并且Excelon™ Auto系列F-RAM产品拥有超低功耗，相较于EEPROM的产品在并发写入时功耗低127倍，休眠时电流只有0.1uA，有助于ADAS系统在事故发生瞬间引起断电需要使用低功率备用电源或通过电容供电时尽可能多的存储关键子系统或传感器数据甚至是压缩过的图像信息，为后续事故原因分析和责任判定提供更多有效的证据。

在车辆日益智能化和功能不断丰富的过程中，越来越多的系统模块被设计并使用到车辆运动的感知、控制和决策中。为了确保系统可靠、安全的操作，每个子系统均需要使用特定的非易失性存储器来对数据、参数、日志和代码进行存储。不同系统模块由于功能和属性不同，对外部非易失性存储器提出的要求各不相同。

英飞凌具有30年的非易失性存储设计生产技术积累与严格高标准的质量管控体系，针对这些不同应用的不同场景提供了部分相对应的车规级别高性能、大容量、高质量的外置非易失性存储器，以保证在车辆运行的严酷环境条件下依然保证数据的可靠性、稳定性和高吞吐能力，助力新一代汽车电子设计并为汽车智能化网联化不断提供可供信赖的解决方案。（韩喆/英飞凌汽车电子生态圈）