汽車技術(shù)的復(fù)雜性和復(fù)雜性不斷給所有芯片制造商帶來新的挑戰(zhàn)，其中最重要的是MCU公司。安全是“工作一”，如何確保安全的車輛是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

提高抗噪性和穩(wěn)健性，錯(cuò)誤檢測(cè)和片上備份系統(tǒng)，以幫助從意外事件中恢復(fù)是重要的汽車MCU功能 - 它們也是獲得行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證所必需的。實(shí)際上，所有汽車子系統(tǒng)都涉及一些安全方面。因此，滿足功能安全要求對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來說可能具有挑戰(zhàn)性，特別是因?yàn)樗麄兺瑫r(shí)必須管理不斷增長(zhǎng)的應(yīng)用程序復(fù)雜性。基本方法是構(gòu)建系統(tǒng)以完全防止危險(xiǎn)故障或在故障發(fā)生時(shí)控制它們。

為此，我們認(rèn)識(shí)到汽車行業(yè)的嚴(yán)謹(jǐn)性，并確保功能安全。制定了功能安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508及其汽車改裝ISO 26262，以確?？山邮艿陌踩?。 IEC 61508定義了許多行業(yè)的四種通用安全完整性等級(jí)（SIL），SIL 4是最嚴(yán)格的等級(jí)。

2011年采用ISO 26262--將安全要求提升到更深層次。它定義了四個(gè)汽車安全完整性等級(jí)（ASIL），ASIL D排名是最嚴(yán)格的安全等級(jí)。每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)于安全功能失敗的目標(biāo)可能性范圍。

ISO 26262還定義了一系列步驟，為系統(tǒng)分配可接受的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，以最大限度地減少產(chǎn)品開發(fā)過程中的錯(cuò)誤，并確定最終產(chǎn)品是否達(dá)到所需的功能安全水平。

從設(shè)計(jì)過程開始，必須收集證據(jù)證明產(chǎn)品是根據(jù)ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的。必須確定偏差并記錄在案，以確保使用適當(dāng)?shù)奶娲胧?。來自英?guó)利物浦?jǐn)?shù)據(jù)研究協(xié)會(huì)和意大利Yogitech等公司的新工具已經(jīng)開發(fā)出來，以支持功能安全合規(guī)性和文檔。

雖然單個(gè)芯片的故障率非常低，但汽車中的芯片數(shù)量顯著增加了故障的可能性。功能安全性是指電子系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)檢測(cè)故障，使駕駛員意識(shí)到故障并將車輛置于允許駕駛員保持安全控制的模式的能力。

硬件和軟件同樣參與其中。例如，對(duì)意外安全氣囊展開的適當(dāng)響應(yīng)將啟用識(shí)別故障的診斷，提供自動(dòng)停止部署的能力，并通過激活警告燈通知駕駛員系統(tǒng)無法正常工作。

MCU的作用

由于MCU涉及監(jiān)控，控制和其他智能功能，因此MCU在確保功能安全方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在組件級(jí)別實(shí)現(xiàn)功能安全的途徑不止一條。例如，Microchip Technology已經(jīng)擴(kuò)展了其16位PIC MCU架構(gòu)，STMicroelectronics選擇使用和增強(qiáng)32位ARM內(nèi)核架構(gòu)，飛思卡爾半導(dǎo)體已經(jīng)定制了其32位PowerPC內(nèi)核。 （與恩智浦半導(dǎo)體的合并還將基于32位ARM內(nèi)核的汽車產(chǎn)品組合納入產(chǎn)品組合中，看看合并后的公司如何應(yīng)對(duì)這種情況將會(huì)很有趣。）

不同的方法這三家公司在他們提供的組件選擇過程中也有所體現(xiàn)。為了縮小設(shè)計(jì)人員的選擇范圍，Microchip Technology采用了識(shí)別功能安全功能并將其MCU系列成員識(shí)別為具有這些功能的方法。

由于某些汽車子系統(tǒng)（例如門鎖）通常相對(duì)簡(jiǎn)單，因此Microchip已滿足其8位PIC10FXXX系列以及PIC12FXXX，PIC16FXXX和PIC18FXXX系列的成員的功能安全要求。對(duì)于需要更高處理性能或片上存儲(chǔ)器要求的子系統(tǒng)，Microchip已確定其16位PIC24XXX系列和dsPIC33XXX系列作為其性能領(lǐng)先者。特別是，dsPIC DSC架構(gòu)使用40位累加器提供數(shù)字信號(hào)處理能力，具有極高的中間算術(shù)精度。圖1顯示了與功能安全相關(guān)的MCU功能表以及系列如何符合的一般說明。

圖1：Microchip Technology的功能PIC24XXX和dsPIC33系列的安全產(chǎn)品陣容。 （由Microchip Technology提供）

三個(gè)熟悉的功能是帶有嵌入式糾錯(cuò)碼（ECC）的閃存，可提高可靠性和安全性，循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）和高精度Deadman定時(shí)器（DMT）通過在用戶指定的時(shí)間窗口內(nèi)定期定時(shí)器中斷來監(jiān)控應(yīng)用軟件的運(yùn)行狀況。

圖1列表底部的LDRA合規(guī)性管理工具套件由利物浦?jǐn)?shù)據(jù)研究協(xié)會(huì)提供，軟件分析，測(cè)試和需求可追溯性工具的供應(yīng)商，以及靜態(tài)和動(dòng)態(tài)軟件分析的先驅(qū)。該工具套件處理功能安全合規(guī)性管理，軟件驗(yàn)證，源代碼分析和測(cè)試工具。它與Microchip的MPLAB X集成開發(fā)環(huán)境和MPLAB XC編譯器無縫協(xié)作。

Microchip開發(fā)了16位dsPIC33 EV系列數(shù)字信號(hào)控制器（DSC），專門用于汽車應(yīng)用和白色等高噪聲環(huán)境商品用具。雖然MCU應(yīng)用中的工作電壓通常會(huì)降低，但Microchip的dsPIC33 EV系列中使用5 V電壓來提高抗噪性和穩(wěn)健性。

它也是第一個(gè)帶ECC的dsPIC DSC系列; dsPIC33EV器件還包括CRC，DMT和窗口看門狗定時(shí)器（WWDT）外設(shè)，以及備用系統(tǒng)振蕩器和經(jīng)過認(rèn)證的B類軟件。

與汽車應(yīng)用相關(guān)的其他功能包括：70 MIPS性能，可以執(zhí)行智能傳感器算法;欠壓保護(hù)，以及引擎罩下系統(tǒng)的150°C操作。

DSPIC33EV32GM002-E/SO集成了所有這些功能。 Microchip還提供DM330018 dsPIC33EV 5V CAN-LIN入門套件，這是一個(gè)獨(dú)立的演示板，用于探索三種汽車和工業(yè)串行數(shù)據(jù)格式（CAN，LIN和SENT）。

DSPIC33EV32GM002-E/SO的框圖如圖2所示。

圖2：dsPIC33EV系列采用5 V工作電路和專用外設(shè)設(shè)計(jì)。 （由Microchip Technology提供）

STMicroelectronics

意法半導(dǎo)體 - 汽車MCU四大市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者之一 - 圍繞其32位電源的定制版本組織其汽車產(chǎn)品組合架構(gòu)，又基于ARM核心。

SPC56系列提供各種內(nèi)核，外設(shè)，存儲(chǔ)器和封裝選項(xiàng)。突出的Power Architecture功能包括：高性能外設(shè);高達(dá)12位的ADC;真正的3.3 V至5 V I/O;以及CAN，LIN，F(xiàn)lexRay和以太網(wǎng)通信功能。

單核和雙核處理器可在32-150 MHz時(shí)鐘上運(yùn)行，并可集成多達(dá)4 MB的閃存。具體的安全考慮因素包括ECC閃存，符合ISO 26262 ASIL-D安全性，以及雙核MCU的鎖步（LSM）和解耦并行（DPM）工作模式。

有七個(gè)汽車級(jí)生產(chǎn)線，所有這些都具有內(nèi)置的功能安全功能。它們是：SPC56 D，B，C，P，L，M和A.

SPC56D - 該系列的基本元件，用于解決從8位遷移到32位的汽車應(yīng)用比特解決方案

SPC56B - 專用于車身和便利應(yīng)用

SPC56C - 適用于需要連接多個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用，支持LIN，SPI，UART，CAN等各種協(xié)議

SPC56P - 專為具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的電機(jī)控制和安全應(yīng)用而設(shè)計(jì)

SPC56L - 涵蓋廣泛的汽車應(yīng)用，必須符合最嚴(yán)格的ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)使用單個(gè)MCU的ASIL-D級(jí)別

SPC56M - 用于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱控制的入門級(jí)解決方案

SPC56A - 致力于推進(jìn)和變速箱控制應(yīng)用的特定需求

STMicro汽車MCU產(chǎn)品系列的最新成員是SPC58NE產(chǎn)品系列，它結(jié)合了兩個(gè)高性能雙發(fā)芯具有高達(dá)6 MB的閃存和768 kB RAM。多核確保冗余，以滿足安全和安全要求。還集成了八個(gè)CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）接口。

在SPC58NE產(chǎn)品投入生產(chǎn)之前，STMicro用于安全應(yīng)用的高端MCU的一個(gè)很好的例子是SPC564A80L7CFAR。它專為引擎控制和傳輸控制而定，基于e200zz4d內(nèi)核，提供帶有ECC的4 MB閃存，帶ECC和CAN的192 kB內(nèi)部RAM，EBI/EMI，LIN，SCI和SPI接口。

飛思卡爾

最近恩智浦半導(dǎo)體與飛思卡爾半導(dǎo)體的合并創(chuàng)建了一個(gè)可能擁有汽車集成電路最大市場(chǎng)份額的實(shí)體，包括MCU子類別。飛思卡爾專門設(shè)計(jì)其32位Qorivva 56xx汽車MCU，以滿足ISO 26262安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。 Qorivva MPC5xx MCU基于Power Architecture技術(shù)，圍繞一個(gè)或兩個(gè)PowerPC內(nèi)核構(gòu)建，支持集成的模擬和電源管理功能以及針對(duì)安全關(guān)鍵應(yīng)用而優(yōu)化的傳感器。

MCU特有的安全功能包括：鎖步核心，支持用于冗余處理和計(jì)算的軟件環(huán)境; ECC記憶;冗余功能;監(jiān)視器;內(nèi)置自檢和故障檢測(cè)與控制。模擬和電源管理安全功能包括：電壓監(jiān)視器，高級(jí)看門狗定時(shí)器和內(nèi)置自檢。專用傳感器具有定時(shí)檢查器，信號(hào)鏈數(shù)字掃描，存儲(chǔ)器ECC，DSI3（分布式系統(tǒng)接口）和PSI5（外圍傳感器接口）數(shù)據(jù)接口，符合國(guó)際安全關(guān)鍵通信標(biāo)準(zhǔn)。

飛思卡爾為其雙核32位MPC5643L提供入門套件TRK-USB-MPC5643L，專門針對(duì)符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的高端汽車應(yīng)用。 MCU已通過exida認(rèn)證，exida是功能安全和安全方面的獨(dú)立認(rèn)證評(píng)估員。 ISO 26262由10部分組成，包括硬件，軟件，集成以及開發(fā)和生產(chǎn)過程的條款。由于MPC5643L MCU只是此類系統(tǒng)中的一個(gè)組件，因此評(píng)估范圍包括已確定適用于MCU的ISO 26262的所有相關(guān)條款。

MPC5643L的框圖如圖3所示。

圖3：飛思卡爾的MPC5643L是第一款接收ISO的MCU 26262認(rèn)證。 （由飛思卡爾半導(dǎo)體提供）

結(jié)論

高端汽車的電氣/電子增值份額已經(jīng)達(dá)到內(nèi)燃機(jī)汽車的40％和高達(dá)75％用于電動(dòng)或混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車技術(shù)的電子化程度不斷提高，汽車電子產(chǎn)品的功能安全性也越來越高。

部分原因在于汽車電子的獨(dú)特性，特定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)-ISO 26262-于2011年通過，從那時(shí)起一直是功能安全的基準(zhǔn)。由于許多性能級(jí)別的MCU為汽車電子系統(tǒng)提供智能，因此它們?cè)诖_保功能安全方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

汽車MCU供應(yīng)商采取了不同的途徑來解決功能安全問題。 Microchip Technology是汽車IC市場(chǎng)上相對(duì)較新的產(chǎn)品，它已經(jīng)發(fā)展了經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)的16位PIC架構(gòu)。飛思卡爾半導(dǎo)體開發(fā)了基于其32位PowerPC架構(gòu)的汽車系列。意法半導(dǎo)體，恩智浦半導(dǎo)體和其他MCU供應(yīng)商正在使用ARM內(nèi)核。每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，根據(jù)成本和上市時(shí)間目標(biāo)，特定汽車系統(tǒng)的架構(gòu)選擇可能會(huì)有所不同。