如何给汽车系统选择合适的非易失性存储器
|
汽车系统的设计变得越来越复杂，因为要不断的加入新的功能，如高级驾驶辅助，图形仪表，车身控制和车辆信息娱乐系统。为了确保可靠、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，以便在复位操作和电源切换期间存储信息。非易失性存储器用于存储可执行代码或常量数据、校准数据、安全性能和防护安全相关信息等重要数据，以作将来检索用途。 目前市场上主要包含这几种不同类型的非易失性存储器，如NOR 闪存、NAND 闪存、EEPROM(可擦除的可编程只读存储器)、FRAM(铁电存储器)，MRAM(磁性 RAM)和 NVSRAM(非易失性静态存储器)等。每种类型存储器在不同性能指标下具有各自的优势和劣势：存储器密度、读写带宽、接口频率、耐久性、数据保存、不同电源模式下的电流消耗(开机、待机/睡眠、休眠)、预备时间、对外部电磁干扰的敏感度等。 为了了解最新汽车系统对非易失性存储器的真正需求，工程师需要考虑现实生活中的使用实例： 启动汽车后，驾驶员是否愿意花几分钟等待仪表盘、里程表以及燃油量图形都正常显示? 驾驶员调节了座椅位置、方向盘位置、温度设置以及收音机频道，但由于某些原因不得不马上关掉发动机。如果上述子系统未能保存汽车熄火前的设置，那么驾驶员需要重新再来一遍，岂不是非常麻烦? 尽管汽车安装了 ADAS 安全系统，但作为一辆交通工具，事故仍有可能发生。你能否向保险调研团队提供所需的数据，例如事故发生前几秒不同传感器的状态? 举例ADAS系统来说，从特定的传感器采集并存储实时数据到非易失性存储器是非常重要的。同样地对于汽车娱乐系统，在系统掉电的同时能存储系统设置信息也是非常重要。GIS和信息娱乐系统都有高清图形显示不仅需要存储与读取启动程序还需要存储与读取非常大的配置从外部的非易失性存储器。 除了满足应用的需求，非易失性存储器还需确保足够的读写次数来记录至少 20 年数据。此外，为了达到汽车级认证和资格，所有子系统应采用符合 AEC-Q100 标准的存储器组件。同时，功能性安全性能符合ISO 26262标准是另外一个要求在这种高安全性要求的系统。 ADAS 存储器要求 ADAS 系统主要设计自动操作/自动调整/增强汽车系统以实现更安全、舒适的驾驶体验。安全性功能主要用于避免事故发生通过提醒驾驶员潜在的问题，或通过实施保护措施和接管控制汽车来避免碰撞。自适应功能包括可以自动照明、提供自适应巡航控制、自动刹车、结合 GPS/交通警告、连接到智能手机、提醒驾驶者有其他车辆或者危险状况、保持司机在正确的车道行驶以及显示驾驶员的盲点。 图 1.ADAS 系统框图(来源：赛普拉斯) 图 1 为 ADAS 系统如何利用 FRAM 和 NOR 闪存的简化框图。外部 NOR 闪存通常用于存储启动代码。然而，ADAS 系统中的各种传感器通过 CAN(控制器局域网)接口定期向 MCU 发送数据。MCU 运行自适应算法，检查是否可能碰撞或已经发生碰撞。处理算法的运行时间变量和传感器的当前状态则存储在 MCU 的存储器中。 当算法检测到事故时，安全气囊控制模块即时启动备用电源并打开安全气囊，确保在事故期间断电也能部署应对。事故发生时的传感器状态也应立即存储到非易失性存储器以作数据记录。这些数据可以有效地帮助了解事故原因，促使汽车制造商生产更加先进的安全系统，同时辅助保险公司判断索赔是否有效。 行车记录仪(EDR) 是用于记录事故发生前各个重要子系统数据的系统。可以安装在 ADAS 主控单元，或者安装在另一个接收重要传感器数据并与 ADAS MCU 进行通信的 MCU 中。如今，工程师可以使用多核设备为 EDR 功能提供一个专用的完整 CPU 核，例如赛普拉斯的Traveo™汽车用微控制器。 EDR 通过测量汽车前部压力传感器的撞击力、车速、发动机转速、转向输入、油门位置、制动状态、安全带状态(检测乘客)、轮胎气压、警告信号以及安全气囊打开状态，从而判断碰撞严重程度。并且在汽车碰撞前和碰撞期间记录以上数据。显然，微控制器不能等到事故发生才开始记录数据。因此，微控制器需要连续存储数据。所以，EDR 需要一个具有几乎无限写次数的非易失性存储器。 FRAM 存储器比 ADAS 的传统 EEPROM 拥有更多优势。无需写等待时，几乎可以实时存储重要数据(实际10us存储时间)，这一点对 ADAS 来说至关重要。EEPROM 通常需要超过 10 毫秒的写等待时间，因此不适用于高安全性应用。FRAM 同时具备无写延迟和高速时钟速度，非常适合需要快速写入大量数据的应用。使用 SPI 时，设计师可以自由决定 FRAM 的写入字节数。把一个或两个字节写入 FRAM 的随机位置时，写入周期约为 1 微秒。反观 EEPROM 或闪存，则需要 5 - 10 毫秒的写入周期。 与 EEPROM 或闪存不一样的是，FRAM 无需页面缓冲区。在接收每个字节的第 8 位之后，FRAM 立即写入每个数据字节。这意味着，系统存储器密度增长时，工程师不必担心页面缓冲区大小的变化。 就写入耐久性而言，FRAM 可以支持100亿次写操作，远远超过 EEPROM 的 100万次以及闪存的10万次。因此，FRAM 可以用作追踪数据记录器，可以不断写入数据。此外，FRAM 的写入和读取的消耗功率非常低(例如，1 Mhz时为 300 微安)，因此非常适用于事故引起断电时需要使用低功率备用电源或通过电容写入数据的 ADAS。与其他非易失性存储器相比，FRAM 的待机电流也低得多(通常为 100 微安)。 汽车仪表盘对存储器的要求 |
