汽車系統(tǒng)的設(shè)計變得越來越復(fù)雜，因為要不斷的加入新的功能，如高級駕駛輔助，圖形儀表，車身控制和車輛信息娛樂系統(tǒng)。為了確保可靠、安全的操作，每個子系統(tǒng)均需要使用特定的非易失性存儲器，以便在復(fù)位操作和電源切換期間存儲信息。非易失性存儲器用于存儲可執(zhí)行代碼或常量數(shù)據(jù)、校準數(shù)據(jù)、安全性能和防護安全相關(guān)信息等重要數(shù)據(jù)，以作將來檢索用途。

　　目前市場上主要包含這幾種不同類型的非易失性存儲器，如NOR閃存、NAND閃存、EEPROM（可擦除的可編程只讀存儲器）、FRAM（鐵電存儲器），MRAM（磁性RAM）和NVSRAM（非易失性靜態(tài)存儲器）等。每種類型存儲器在不同性能指標下具有各自的優(yōu)勢和劣勢：存儲器密度、讀寫帶寬、接口頻率、耐久性、數(shù)據(jù)保存、不同電源模式下的電流消耗（開機、待機/睡眠、休眠）、預(yù)備時間、對外部電磁干擾的敏感度等。

　　為了了解最新汽車系統(tǒng)對非易失性存儲器的真正需求，工程師需要考慮現(xiàn)實生活中的使用實例：

　　? 啟動汽車后，駕駛員是否愿意花幾分鐘等待儀表盤、里程表以及燃油量圖形都正常顯示？

　　? 駕駛員調(diào)節(jié)了座椅位置、方向盤位置、溫度設(shè)置以及收音機頻道，但由于某些原因不得不馬上關(guān)掉發(fā)動機。如果上述子系統(tǒng)未能保存汽車熄火前的設(shè)置，那么駕駛員需要重新再來一遍，豈不是非常麻煩？

　　? 盡管汽車安裝了ADAS安全系統(tǒng)，但作為一輛交通工具，事故仍有可能發(fā)生。你能否向保險調(diào)研團隊提供所需的數(shù)據(jù)，例如事故發(fā)生前幾秒不同傳感器的狀態(tài)？

　　舉例ADAS系統(tǒng)來說，從特定的傳感器采集并存儲實時數(shù)據(jù)到非易失性存儲器是非常重要的。同樣地對于汽車娛樂系統(tǒng)，在系統(tǒng)掉電的同時能存儲系統(tǒng)設(shè)置信息也是非常重要。GIS和信息娛樂系統(tǒng)都有高清圖形顯示不僅需要存儲與讀取啟動程序還需要存儲與讀取非常大的配置從外部的非易失性存儲器。

　　除了滿足應(yīng)用的需求，非易失性存儲器還需確保足夠的讀寫次數(shù)來記錄至少20年數(shù)據(jù)。此外，為了達到汽車級認證和資格，所有子系統(tǒng)應(yīng)采用符合AEC-Q100標準的存儲器組件。同時，功能性安全性能符合ISO26262標準是另外一個要求在這種高安全性要求的系統(tǒng)。

　　ADAS存儲器要求

　　ADAS系統(tǒng)主要設(shè)計自動操作/自動調(diào)整/增強汽車系統(tǒng)以實現(xiàn)更安全、舒適的駕駛體驗。安全性功能主要用于避免事故發(fā)生通過提醒駕駛員潛在的問題，或通過實施保護措施和接管控制汽車來避免碰撞。自適應(yīng)功能包括可以自動照明、提供自適應(yīng)巡航控制、自動剎車、結(jié)合GPS/交通警告、連接到智能手機、提醒駕駛者有其他車輛或者危險狀況、保持司機在正確的車道行駛以及顯示駕駛員的盲點。

　　圖1.ADAS系統(tǒng)框圖

　　圖1為ADAS系統(tǒng)如何利用FRAM和NOR閃存的簡化框圖。外部NOR閃存通常用于存儲啟動代碼。然而，ADAS系統(tǒng)中的各種傳感器通過CAN（控制器局域網(wǎng)）接口定期向MCU發(fā)送數(shù)據(jù)。MCU運行自適應(yīng)算法，檢查是否可能碰撞或已經(jīng)發(fā)生碰撞。處理算法的運行時間變量和傳感器的當前狀態(tài)則存儲在MCU的存儲器中。

　　當算法檢測到事故時，安全氣囊控制模塊即時啟動備用電源并打開安全氣囊，確保在事故期間斷電也能部署應(yīng)對。事故發(fā)生時的傳感器狀態(tài)也應(yīng)立即存儲到非易失性存儲器以作數(shù)據(jù)記錄。這些數(shù)據(jù)可以有效地幫助了解事故原因，促使汽車制造商生產(chǎn)更加先進的安全系統(tǒng)，同時輔助保險公司判斷索賠是否有效。

　　行車記錄儀（EDR）是用于記錄事故發(fā)生前各個重要子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。可以安裝在ADAS主控單元，或者安裝在另一個接收重要傳感器數(shù)據(jù)并與ADASMCU進行通信的MCU中。如今，工程師可以使用多核設(shè)備為EDR功能提供一個專用的完整CPU核，例如賽普拉斯的Traveo?汽車用微控制器。

　　EDR通過測量汽車前部壓力傳感器的撞擊力、車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向輸入、油門位置、制動狀態(tài)、安全帶狀態(tài)（檢測乘客）、輪胎氣壓、警告信號以及安全氣囊打開狀態(tài)，從而判斷碰撞嚴重程度。并且在汽車碰撞前和碰撞期間記錄以上數(shù)據(jù)。顯然，微控制器不能等到事故發(fā)生才開始記錄數(shù)據(jù)。因此，微控制器需要連續(xù)存儲數(shù)據(jù)。所以，EDR需要一個具有幾乎無限寫次數(shù)的非易失性存儲器。

　　FRAM存儲器比ADAS的傳統(tǒng)EEPROM擁有更多優(yōu)勢。無需寫等待時，幾乎可以實時存儲重要數(shù)據(jù)（實際10us存儲時間），這一點對ADAS來說至關(guān)重要。EEPROM通常需要超過10毫秒的寫等待時間，因此不適用于高安全性應(yīng)用。FRAM同時具備無寫延遲和高速時鐘速度，非常適合需要快速寫入大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用。使用SPI時，設(shè)計師可以自由決定FRAM的寫入字節(jié)數(shù)。把一個或兩個字節(jié)寫入FRAM的隨機位置時，寫入周期約為1微秒。反觀EEPROM或閃存，則需要5-10毫秒的寫入周期。

　　與EEPROM或閃存不一樣的是，F(xiàn)RAM無需頁面緩沖區(qū)。在接收每個字節(jié)的第8位之后，F(xiàn)RAM立即寫入每個數(shù)據(jù)字節(jié)。這意味著，系統(tǒng)存儲器密度增長時，工程師不必擔(dān)心頁面緩沖區(qū)大小的變化。

　　就寫入耐久性而言，F(xiàn)RAM可以支持100億次寫操作，遠遠超過EEPROM的100萬次以及閃存的10萬次。因此，F(xiàn)RAM可以用作追蹤數(shù)據(jù)記錄器，可以不斷寫入數(shù)據(jù)。此外，F(xiàn)RAM的寫入和讀取的消耗功率非常低（例如，1Mhz時為300微安），因此非常適用于事故引起斷電時需要使用低功率備用電源或通過電容寫入數(shù)據(jù)的ADAS。與其他非易失性存儲器相比，F(xiàn)RAM的待機電流也低得多（通常為100微安）。

　　汽車儀表盤對存儲器的要求

　　儀表盤系統(tǒng)以數(shù)字形式在圖形顯示器上顯示速度、轉(zhuǎn)速、燃油油位和發(fā)動機溫度等重要信息，或者使用步進電機控制的模擬形式顯示。此外，儀表盤系統(tǒng)還可以顯示電池警告、溫度警告、低油壓警告、制動警告、安全帶狀態(tài)標識、低胎壓標識、門鎖標識、車頭燈標識、換檔指示、手剎狀態(tài)指示，以及車內(nèi)和室外溫度、里程表讀數(shù)等。

　　最新的儀表盤系統(tǒng)還包括平視顯示器（HUD）。平視顯示器是一種光學(xué)系統(tǒng)，可以將駕駛信息投射在汽車的擋風(fēng)玻璃上。使用平視顯示器，駕駛員可以方便地查看重要的駕駛信息，同時讓目光保持關(guān)注前方的交通狀況。由此可以降低因目光離開道路而帶來的潛在風(fēng)險，并為駕駛員提供額外時間以識別危險因素并作出反應(yīng)。平視顯示器可以顯示速度、導(dǎo)航和其他重要警示符號。

　　圖2.儀表盤系統(tǒng)框圖

　　圖2顯示了圍繞HyperRAM和HyperFlash（連接HyperBus接口）以及NOR閃存（連接DDR-HSSPI接口）安裝的儀表盤簡化框圖。儀表盤MCU可以通過CAN-FD、CXPI（時鐘擴展外設(shè)接口）、以太網(wǎng)AVB、MediaLB（媒體本地總線）/MOST（媒體定向系統(tǒng)傳輸）等不同的通信協(xié)議連接其他子系統(tǒng)，從而收集信息并顯示于儀表盤。

　　儀表盤系統(tǒng)啟動后，安全引擎立即檢驗固件的真?zhèn)涡浴ｋS后，通過HyperBus接口從外部HyperFlash或通過DDR轉(zhuǎn)換DDR-HSSPI接口從NOR閃存執(zhí)行XiP，MCU軟件開始執(zhí)行。XiP功能允許MCU直接從外部存儲器執(zhí)行代碼，而不需要先把外部閃存的代碼復(fù)制到內(nèi)部RAM，從而提高了響應(yīng)速度。NOR閃存/HyperFlash存儲器可配置程序代碼的初始地址位置，并在指定的時鐘延遲后以讀取模式啟動。因此，MCU一啟動就可以直接獲取需要執(zhí)行的代碼，無需因為提供地址和讀取命令而延遲時間。

　　可從外部HyperFlash獲取靜態(tài)元素，并將其顯示為儀表盤LCD的基礎(chǔ)層。汽車用MCU，例如賽普拉斯Traveo?系列，可以提供額外的功能支持，即時解壓縮靜態(tài)HMI元素，無需首先通過RAM。儀表盤針頭信息等動態(tài)內(nèi)容具備更快的更新速度，可以從外部HyperRAM進行檢索。

　　HVAC和信息娛樂系統(tǒng)對存儲器的要求

　　HVAC（暖氣、通風(fēng)和空調(diào)）系統(tǒng)負責(zé)控制維持車內(nèi)溫度和空氣流動。信息娛樂系統(tǒng)可以運行與智能手機類似的各種應(yīng)用程序，并提供用戶界面以更改HVAC系統(tǒng)配置、音樂系統(tǒng)設(shè)置、在導(dǎo)航應(yīng)用輸入目的地、調(diào)整座椅/方向盤位置/高度以及調(diào)節(jié)車內(nèi)照明等。部分最新的汽車還加入了指紋識別器來驗證駕駛者身份。從而允許HVAC和信息娛樂系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的偏好快速調(diào)節(jié)車內(nèi)設(shè)置。

　　圖3.HVAC和信息娛樂系統(tǒng)框圖

　　圖3顯示了HVAC和信息娛樂系統(tǒng)的簡化框圖，所有存儲器與主MCU連接。三個額外子系統(tǒng)與儀表盤系統(tǒng)比較：

　　? 觸屏控制器，用于檢測顯示器上的手指觸摸

　　? 暖氣機/空調(diào)，控制車內(nèi)溫度

　　? 連接子系統(tǒng)，實現(xiàn)車內(nèi)多項連接（藍牙、GPS、WiFi、GSM、FM調(diào)諧器等）