qichexitongdeshejibiandeyuelaiyuefuza，yinweiyaobuduandejiaruxindegongneng，rugaojijiashifuzhu，tuxingyibiao，cheshenkongzhihecheliangxinxiyulexitong。weilequebaokekao
、anquandecaozuo，meigezixitongjunxuyaoshiyongtedingdefeiyishixingcunchuqi
，yibianzaifuweicaozuohedianyuanqiehuanqijiancunchuxinxi。feiyishixingcunchuqiyongyucunchukezhixingdaimahuochangliangshuju、校準數據、安全性能和防護安全相關信息等重要數據
，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(可擦除的可編程隻讀存儲器)
、FRAM(鐵電存儲器)

，MRAM(磁性 RAM)和NVSRAM(非易失性靜態存儲器)等。每種類型存儲器在不同性能指標下具有各自的優勢和劣勢：存儲器密度
、讀寫帶寬、接口頻率、耐久性
、數據保存、不同電源模式下的電流消耗(開機、待機/睡眠、休眠)
、預備時間

、對外部電磁幹擾的敏感度等。

 

為了了解最新汽車係統對非易失性存儲器的真正需求，工程師需要考慮現實生活中的使用實例：

 

 

舉例ADAS係xi統tong來lai說shuo，從cong特te定ding的de傳chuan感gan器qi采cai集ji並bing存cun儲chu實shi時shi數shu據ju到dao非fei易yi失shi性xing存cun儲chu器qi是shi非fei常chang重zhong要yao的de。同tong樣yang地di對dui於yu汽qi車che娛yu樂le係xi統tong，在zai係xi統tong掉diao電dian的de同tong時shi能neng存cun儲chu係xi統tong設she置zhi信xin息xi也ye是shi非fei常chang重zhong要yao。GIS和信息娛樂係統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。

 

除了滿足應用的需求
，非易失性存儲器還需確保足夠的讀寫次數來記錄至少20年數據。此外，為了達到汽車級認證和資格，所有子係統應采用符合AEC-Q100標準的存儲器組件。同時
，功能性安全性能符合ISO 26262標準是另外一個要求在這種高安全性要求的係統。

 

 

ADAS係統主要設計自動操作/自動調整/增強汽車係統以實現更安全、舒(shu)適(shi)的(de)駕(jia)駛(shi)體(ti)驗(yan)。安(an)全(quan)性(xing)功(gong)能(neng)主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)避(bi)免(mian)事(shi)故(gu)發(fa)生(sheng)通(tong)過(guo)提(ti)醒(xing)駕(jia)駛(shi)員(yuan)潛(qian)在(zai)的(de)問(wen)題(ti)，或(huo)通(tong)過(guo)實(shi)施(shi)保(bao)護(hu)措(cuo)施(shi)和(he)接(jie)管(guan)控(kong)製(zhi)汽(qi)車(che)來(lai)避(bi)免(mian)碰(peng)撞(zhuang)。自(zi)適(shi)應(ying)功(gong)能(neng)包(bao)括(kuo)可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)照(zhao)明(ming)
、提供自適應巡航控製、自動刹車
、結合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 係統框圖(來源：賽普拉斯)

 

圖1為ADAS係統如何利用FRAM和NOR閃存的簡化框圖。外部NOR閃存通常用於存儲啟動代碼。然而，ADAS係統中的各種傳感器通過CAN(控製器局域網)接口定期向MCU發送數據。MCU運行自適應算法
，檢查是否可能碰撞或已經發生碰撞。處理算法的運行時間變量和傳感器的當前狀態則存儲在MCU的存儲器中。

 

dangsuanfajiancedaoshigushi，anquanqinangkongzhimokuaijishiqidongbeiyongdianyuanbingdakaianquanqinang，quebaozaishiguqijianduandianyenengbushuyingdui。shigufashengshidechuanganqizhuangtaiyeyinglijicunchudaofeiyishixingcunchuqiyizuoshujujilu。zhexieshujukeyiyouxiaodibangzhulejieshiguyuanyin
，cushiqichezhizaoshangshengchangengjiaxianjindeanquanxitong，tongshifuzhubaoxiangongsipanduansuopeishifouyouxiao。

 

行車記錄儀(EDR)是用於記錄事故發生前各個重要子係統數據的係統。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據並與ADAS MCU進行通信的MCU中。如今
，工程師可以使用多核設備為EDR功能提供一個專用的完整CPU核
，例如賽普拉斯的Traveo汽車用微控製器。

 

EDR通過測量汽車前部壓力傳感器的撞擊力、車速、發動機轉速

、轉向輸入、油門位置

、製動狀態、安全帶狀態(檢測乘客)、輪胎氣壓
、jinggaoxinhaoyijianquanqinangdakaizhuangtai
，congerpanduanpengzhuangyanzhongchengdu。bingqiezaiqichepengzhuangqianhepengzhuangqijianjiluyishangshuju。xianran，weikongzhiqibunengdengdaoshigufashengcaikaishijilushuju。yinci，weikongzhiqixuyaolianxucunchushuju。suoyi，EDR需要一個具有幾乎無限寫次數的非易失性存儲器。

 

FRAM存儲器比ADAS的傳統EEPROM擁有更多優勢。無需寫等待時，幾乎可以實時存儲重要數據(實際10μs存儲時間)，這一點對ADAS來說至關重要。EEPROM通常需要超過10毫秒的寫等待時間，因此不適用於高安全性應用。FRAM同時具備無寫延遲和高速時鍾速度，非常適合需要快速寫入大量數據的應用。使用SPI時，設計師可以自由決定FRAM的寫入字節數。把一個或兩個字節寫入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，FRAM無需頁麵緩衝區。在接收每個字節的第8位之後，FRAM立即寫入每個數據字節。這意味著
，係統存儲器密度增長時，工程師不必擔心頁麵緩衝區大小的變化。

 

就寫入耐久性而言，FRAM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，FRAM可以用作追蹤數據記錄器，可以不斷寫入數據。此外
，FRAM的寫入和讀取的消耗功率非常低(例如，1MHz時為300μA)
，因此非常適用於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據的ADAS。與其他非易失性存儲器相比，FRAM的待機電流也低得多(通常為100μA)。

 

 

儀表盤係統以數字形式在圖形顯示器上顯示速度
、轉速、燃油油位和發動機溫度等重要信息，或者使用步進電機控製的模擬形式顯示。此外，儀表盤係統還可以顯示電池警告、溫度警告
、低油壓警告、製動警告、安全帶狀態標識、低胎壓標識、門鎖標識
、車頭燈標識、換檔指示、手刹狀態指示，以及車內和室外溫度

、裏程表讀數等。

 

最新的儀表盤係統還包括平視顯示器(HUD)。pingshixianshiqishiyizhongguangxuexitong
，keyijiangjiashixinxitoushezaiqichededangfengbolishang。shiyongpingshixianshiqi，jiashiyuankeyifangbiandizhakanzhongyaodejiashixinxi，tongshirangmuguangbaochiguanzhuqianfangdejiaotongzhuangkuang。youcikeyijiangdiyinmuguanglikaidaoluerdailaideqianzaifengxian
，bingweijiashiyuantigongewaishijianyishibieweixianyinsubingzuochufanying。pingshixianshiqikeyixianshisudu
、導航和其他重要警示符號。

 

圖2：儀表盤係統框圖(來源：賽普拉斯)

 

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(時鍾擴展外設接口)、以太網AVB、MediaLB(媒體本地總線)/MOST(媒體定向係統傳輸)等不同的通信協議連接其他子係統，從而收集信息並顯示於儀表盤。

 

儀表盤係統啟動後，安全引擎立即檢驗固件的真偽性。隨後
，通過HyperBus接口從外部HyperFlash或通過DDR轉換DDR-HSSPI接口從NOR閃存執行XiP
，MCU軟件開始執行。XiP功能允許MCU直接從外部存儲器執行代碼
，而不需要先把外部閃存的代碼複製到內部RAM，從而提高了響應速度。NOR閃存/HyperFlash存儲器可配置程序代碼的初始地址位置
，並在指定的時鍾延遲後以讀取模式啟動。因此

，MCU一啟動就可以直接獲取需要執行的代碼，無需因為提供地址和讀取命令而延遲時間。

 

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

 

 

HVAC(暖氣、通風和空調)係統負責控製維持車內溫度和空氣流動。信息娛樂係統可以運行與智能手機類似的各種應用程序，並提供用戶界麵以更改HVAC係統配置、音樂係統設置、在導航應用輸入目的地

、調整座椅/方向盤位置/高度以及調節車內照明等。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和信息娛樂係統根據駕駛員的偏好快速調節車內設置。

 

圖3：HVAC 和信息娛樂係統框圖(來源：賽普拉斯)

 

圖3顯示了HVAC和信息娛樂係統的簡化框圖，所有存儲器與主MCU連接。三個額外子係統與儀表盤係統比較：

 

 

HyperFlash和HyperRAM存儲器用於存儲高質量圖形。NOR閃存則用於存儲啟動代碼
，而FRAM用於存儲設置信息。因此，即使汽車熄火後再立即啟動，也可以正確地檢索並恢複汽車設置。

 

 

上文已經討論了不同汽車領域對非易失性存儲器的要求，接下來了解這些存儲器與MCU之間不同的接口機製。

 

所有帶有SPI接口的MCU都可以便捷地連接NOR閃存。NOR閃存設備，例如賽普拉斯的 S25FL256L，為SPI提供了多個I/O讀入選擇，可支持雙倍數據速率(DDR)以及四倍外設接口(QPI)連接。可以在同一總線上連接多個閃存，並使用片選(CS)信號進行單獨訪問。

 

圖4：連接四通道SPI的NOR閃存接口(來源：賽普拉斯)

 

圖4顯示了MCU和NOR閃存之間的硬件連接。MCU可使用低層驅動器(LLD)軟件讀取、編程和擦除NOR閃存。經過優化的設計架構有效加快了訪問時間並提高了程序運行速度。同時
，NOR閃存使用的內部技術決定了存儲器的密度。NOR閃存采用傳統浮柵技術
，在導電層上，每個存儲單元可以存儲1個數據位。基於MirrorBit技術絕緣層構建的NOR閃存，每個存儲單元可存儲2個數據位，從而提供更低成本的256Mb或更大密度的存儲結構。

 

圖5：連接SPI的FRAM存儲器接口(來源：賽普拉斯)

 

圖5顯示如何使用簡單的SPI接口來訪問FRAM。對於有高速串行數據速率需求的基於微控製器的係統

，SPI接口是理想的選擇。串行數據吞吐量與串行時鍾頻率相關。串行FRAM的時鍾頻率可高達40 MHz。不具備專用SPI端口的微控製器可以通過GPIO來實現“bit bang”(通過GPIO引腳，用軟件來模擬串行通信)。

 

可以通過HyperBus 12信號接口訪問HyperFlash和HyperRAM。與Quad-SPI(66.5 Mbps)相比，HyperBus可提供高達333Mbps的讀取吞吐量，而所需引腳數量僅為並行NOR閃存的三分之一。該接口使用了差分時鍾(CK,CK＃)、 讀寫數據選通(RWDS)、片選以及8位數據總線。

 

圖6：存儲器與外設之間的HyperBus接口(來源：賽普拉斯)

 

 

shujudewanzhengxingheanquanxingshixuanzeqicheyingyongcunchuqidelianggezhongyaoyinsu。benwenjieshaodecunchuqitigonglegezhonggongnenglaitigaoshujudewanzhengxingheanquanxing。liru
，gaojishanqubaohu(ASP)技術為鎖定扇區提供更高的分辨率以及不同的上電複位

，並有助於運行安全的啟動代碼。在基礎層麵上來看，ASP技術的原理很簡單。可以鎖定任一扇區，防止編程和刪除。鎖定扇區的ASP模式有兩種：分別為持久保護位(PPB)和動態保護位(DYB)保護。除了塊保護(BP)和/或WP＃引腳硬件保護
，還可以一並使用以上兩種模式。

 

自動糾錯碼(ECC)功能可以在標準編程、擦除和讀取運作時透明地運行。當設備將每頁數據從寫入緩衝器傳送到存儲陣列時
，內部ECC邏輯將評估頁麵的ECC代碼作為存儲陣列的一部分，而該存儲對主機係統是不可見的。每次訪問初始頁麵時，設備將評估頁麵數據和ECC代碼
，以驗證頁麵的完整性。必要時
，內部ECC邏輯會在初始訪問時糾正1位錯誤。

 

NOR閃存還提供額外的閃存存儲區
，可以進行一次編程並受到永久保護
，不能更改。以賽普拉斯的FL-S NOR閃存係列為例，該一次性可編程(OTP)擁有1K保護區域，包含512字節出廠保護鎖區和 512 字節用戶保護鎖區。

 

 

如今的汽車係統需要多樣的存儲器類型
，提供不同等級的可靠性、響(xiang)應(ying)能(neng)力(li)和(he)吞(tun)吐(tu)量(liang)，以(yi)滿(man)足(zu)不(bu)同(tong)汽(qi)車(che)子(zi)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)個(ge)性(xing)化(hua)需(xu)求(qiu)。通(tong)過(guo)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)存(cun)儲(chu)器(qi)組(zu)合(he)，工(gong)程(cheng)師(shi)能(neng)夠(gou)確(que)保(bao)汽(qi)車(che)的(de)可(ke)靠(kao)和(he)安(an)全(quan)操(cao)作(zuo)，同(tong)時(shi)還(hai)能(neng)滿(man)足(zu)駕(jia)駛(shi)員(yuan)對(dui)汽(qi)車(che)響(xiang)應(ying)能(neng)力(li)的(de)期(qi)望(wang)。

 

本文轉載自電子工程專輯。