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更智能的存儲如何提升自動駕駛汽車的可靠性

發(fā)布時間:2020-02-19 責任編輯:lina

【導(dǎo)讀】自動駕駛汽車的問世將極大地改變我們的出行習慣,并在交通運輸行業(yè)掀起一場迅猛的變革。汽車行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型將帶來很多社會效益,例如減少事故、降低碳排放、改善交通流量、降低汽車擁有成本、降低保險費用以及提高燃油效率和出行能力。

更智能的存儲如何提升自動駕駛汽車的可靠性 
 
自動駕駛汽車的問世將極大地改變我們的出行習慣,并在交通運輸行業(yè)掀起一場迅猛的變革。汽車行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型將帶來很多社會效益,例如減少事故、降低碳排放、改善交通流量、降低汽車擁有成本、降低保險費用以及提高燃油效率和出行能力。
 
然而,隨著在當今道路上開展的真實試驗,自動駕駛汽車必須支持的功能不斷擴展,其復(fù)雜程度也在迅速增大。這些自動系統(tǒng)將對性能、功耗、安全性、安全保障和可靠性的要求不斷提高。對于汽車OEM廠商而言,要確保自動駕駛汽車遵守安全規(guī)定,就需要按照ISO2626功能安全標準設(shè)計軟硬件。如果開發(fā)商對此準備不足,那么就需要額外投入資金和時間來證明其產(chǎn)品合乎安全標準,從而可能大幅推遲上市時間、壓縮盈利空間并侵蝕市場份額。
 
自動駕駛汽車安全性與可靠性的核心目標是防止人身傷害和財產(chǎn)損壞。事故在什么時候發(fā)生,由誰來承擔事故責任,也都是需要思考的法律問題。在這樣的交通狀態(tài)下,自動駕駛面臨眾多法律問題,發(fā)生事故時如何判定責任歸屬,依然懸而未決。因此,必須避免發(fā)生故障。這就使得汽車OEM廠商和汽車市場供應(yīng)商更加關(guān)注可靠性。因此,證明智能汽車中的每個組件都安全可靠顯得至關(guān)重要。
 
更智能、更可靠的存儲
 
采用自動駕駛技術(shù)的汽車配備有高級別的高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)功能。這類車輛擁有多部傳感器(攝像頭、激光雷達等)和控制裝置,能實現(xiàn)自動駕駛并避免碰撞。這些傳感器和控制裝置是任務(wù)關(guān)鍵型裝置,不能發(fā)生故障。圖1所示的是具備3、4、5級自動水平,能進行無監(jiān)控駕駛的全自動駕駛系統(tǒng)的原理圖。 
 
更智能的存儲如何提升自動駕駛汽車的可靠性
圖1:自動駕駛系統(tǒng):3級/4級/5級系統(tǒng)原理圖
 
非易失性存儲器器件在ADAS系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用,為重要的任務(wù)關(guān)鍵型事件提供啟動代碼存儲和數(shù)據(jù)日志記錄。隨著這些系統(tǒng)智能化水平的提高,它們需要以更高級別的可靠性,更快地處理更多的數(shù)據(jù)。此外,即便ADAS設(shè)計在其他方面表現(xiàn)可靠,如果存儲器未受保護(即未在啟動時或器件運行過程中驗證存儲器位是否發(fā)生變化),也很容易形成薄弱環(huán)節(jié)。
 
由于NOR閃存能提供受高可靠性和集成診斷功能支持的非易失存儲,因此對于任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用來說,它是理想的存儲器技術(shù)。集成診斷功能可確保數(shù)據(jù)完整性,檢測可能的故障,甚至進行糾錯。此外,即時啟動功能和高性能快速系統(tǒng)啟動時間等優(yōu)勢在汽車加電時有助于立即訪問代碼、配置數(shù)據(jù)和圖形圖像。
 
如今,為了滿足ISO26262等汽車功能安全標準,存儲器器件系列均需要從頭開始進行設(shè)計。這些新一代存儲器不僅能提供更高的可靠性,而且還能提高性能,大幅降低功耗并減少總體擁有成本。
 
集成
 
簡化系統(tǒng)最有效的途徑之一是集成。當系統(tǒng)由眾多組件構(gòu)成時,每個組件及其與其他組件的互聯(lián)都可能是潛在的故障點。例如,將MCU與存儲器進行集成后,數(shù)據(jù)和代碼訪問速度更快、處理效率更高、可靠性更強、成本更低。此外,由于以往必須由開發(fā)人員集成至更大系統(tǒng)中的組件現(xiàn)在可由MCU進行內(nèi)部管理,因此簡化了開發(fā)工作。
 
集成的優(yōu)勢現(xiàn)在也擴展到NOR閃存。隨著存儲器制造商開始將存儲器與Arm Cortex-M0等處理器進行集成,為了維護高密度、高速存儲器的可靠性,需要完成種種復(fù)雜的處理工作(參見圖2)。板載處理器的問世能夠?qū)崿F(xiàn)更智能的存儲,從而徹底改變工程師利用閃存開展設(shè)計的方式。例如,在過去為了延長閃存的使用壽命,需要對損耗均衡軟件實施大量的開發(fā)工作。而現(xiàn)在,損耗均衡問題由集成MCU進行內(nèi)部管理。
 
更智能的存儲如何提升自動駕駛汽車的可靠性
圖2:智能閃存存儲中的集成式Arm Cortex M0
 
采用16nm FinFET技術(shù)生產(chǎn)的新一代復(fù)雜SoC還不能將閃存存儲器嵌入到晶片中。因此它們必須依賴更智能、更可靠的外部NOR閃存技術(shù)。板載處理器不僅可以用于管理存儲器存儲的所有安全關(guān)鍵型領(lǐng)域,而且還可用于管理存儲器的網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域,防范惡意攻擊。將集成處理器納入閃存存儲器后,這些單元均由存儲器器件進行自我管理,且能通過快速配置滿足應(yīng)用的特定要求。
 
不斷變化的要求
 
目前,汽車行業(yè)正在從駕駛輔助向全自動發(fā)展。這些系統(tǒng)將要求在各個層面上實現(xiàn)智能,以降低時延,提高效率。同時,汽車的內(nèi)部架構(gòu)也正在從主要獨立運行的分立式系統(tǒng)向互聯(lián)系統(tǒng)發(fā)展。互聯(lián)系統(tǒng)能在系統(tǒng)間實時傳輸數(shù)據(jù),并發(fā)揮人工智能和機器學習的作用。此外,從汽車中收集到的數(shù)據(jù)還將用于實施預(yù)測性維護,以便汽車在發(fā)生故障前就能提示駕駛員維護車輛。為了進行更加復(fù)雜的分析以及完成從云端到汽車的全新軟件升級,還需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。
 
智能閃存存儲居于這些系統(tǒng)的核心位置,因為在極端環(huán)境下,存儲在這些非易失性存儲器中的關(guān)鍵代碼和數(shù)據(jù)仍需具備可靠性,并且能夠持續(xù)使用20年以上而不發(fā)生故障。通過添加板載處理器,這些存儲器現(xiàn)在能提供更高水平的功能與可靠性,同時卸載損耗均衡等存儲器管理任務(wù),利用加密保護強化系統(tǒng)安全并開展安全關(guān)鍵型診斷。
 
自動駕駛是一個快速發(fā)展的行業(yè),全新的安全特性和安全保障特性也將以同樣的速度完成開發(fā)并符合規(guī)范。OEM廠商需要一種靈活架構(gòu)來及時適應(yīng)這些標準并引入能增強長期可靠性的高級功能。例如,當存儲器能預(yù)測特定類型的故障時,它就能開始優(yōu)先處理。
 
為了幫助汽車OEM廠商打造合規(guī)系統(tǒng),存儲器制造商需要提供符合ISO 26262規(guī)范的安全文檔,包括詳盡的安全性分析報告,如安全手冊、故障模式的影響與診斷分析(FMEDA)、相依故障分析(DFA)和情景無關(guān)安全元素(SEooC)。此外,存儲器制造商還需要積極制定并遵守這些標準,確保他們生產(chǎn)的組件持續(xù)符合法規(guī)要求。
 
Cypress的Semper NOR閃存等存儲器器件專為應(yīng)對新一代汽車和工業(yè)系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)而開發(fā),能滿足各項質(zhì)量、可靠性和安全標準。
 
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