作者：英飛凌技術專家 韓喆
一、英飛凌車用外置非易失性存儲器
1、 Semper Nor Flash
英飛凌Semper™系列 NOR Flash是2018年推出的業界首款通過ASIL-B等級功能安全(Functional Safety)標準認證的外置存儲器， Semper™ NOR Flash在架構設計時充分考慮汽車行業應用需求並符合
ISO26262規範標準，提供了與之對應的特性與功能，在汽車應用常見的極端溫度下也可以提供業界最佳的讀取帶寬、瞬時啟動、高耐用性與長期的數據存儲能力，為構建故障安全的嵌入式汽車系統提供更豐富的選擇。
為了提供更好的性能與錯誤檢測與反饋，Semper™系列NOR Flash在內部使用了ARM Cortex-M0的內核來提升接口轉換和狀態採集的實時性，同時內部還集成了多個可靠性和功能安全(Functional Safety)的診斷模塊，進一步提升系統整體魯棒性。
英飛凌Semper™系列NOR Flash內部的診斷模塊包含“數據一致性”，“錯誤告警”和“運行恢復”三大部分，對於數據一致性的校驗可以為主控器件提供Flash任意地址區間和接口傳輸數據的CRC(CyclicRedundancy Check)校驗功能並輸出CRC32校驗值，以便系統檢測和判斷關鍵數據或是部分啟動代碼是否被篡改；同時Flash內部集成了硬體ECC(Error Correction Code)數據糾錯模塊，可以在數據燒錄時自動生成ECC校驗值並在數據讀取過程中動態計算校驗碼並糾正bit反轉等數據錯誤，Flash內每16byte搭配9bit ECC parity來實現SECDEC(1bit ECC糾錯和2bit ECC檢錯)功能。另外，Flash在內部初始化、寄存器配置、讀寫擦工作過程中出現的大多數錯誤都具備實時檢測和告警的功能，有些封裝方式下還具備INT#管腳，可以將錯誤以硬中斷的方式輸出給主控，讓原本作為Slave從設備的NOR Flash具備錯誤的可感知、可告警、可恢復的功能，從而提升系統整體可靠性與穩定性。
英飛凌Semper™系列NOR Flash全面符合JEDEC xSPI (JESD-251A)規範，提供了 Quad SPI、Octal SPI 以及 HyperBus™ 不同接口規格的產品。該系列同時提供AEC-Q100 汽車認證產品，最高支持 -40°C至 + 125°C 的擴展溫度範圍、1.8V 和 3.0V 工作電壓範圍、產品覆蓋從512Mb至4Gb 的容量範圍。
英飛凌Semper™系列NOR Flash採用最新的45nm MirrorBit™ 製造工藝，其QSPI接口產品較上一代吞吐率從最高80MB/S提升至102MB/S，其Octal 和 HyperBus™ 接口的產品作為高性能 x8 (8*I/O) NORFlash，較上一代吞吐率從最高333MB/S提升至最高 400 MB/S 的讀取帶寬。
2、Excelon F-RAM
英飛凌Excelon™系列F-RAM提供了業界領先的低功耗和大容量鐵電存儲器，通過將超低功耗操作與高速接口、即時非易失性和無限的讀寫周期持久性相結合，使其成為便攜式醫療、可穿戴、物聯網傳感
器、工業和汽車應用的理想數據記錄存儲器。其中Excelon™ Auto系列F-RAM提供從2Mb到16Mb容量產品並且符合ISO26262功能安全規範，除了1.8V到3.6V的寬電壓範圍外，還支持1.71V到1.89V的工作電壓範圍。Excelon™ Auto系列F-RAM提供經過AEC-Q100 Grade 1汽車認證的最高-40°C 至 + 125°C 的擴展溫度範圍的產品，同時支持高達108MHz的QSPI接口，具有1013次的寫續航能力、快速即時讀寫的特性。
二、英飛凌車用外置非易失性存儲器在ADAS系統中的應用
為了讓車輛更加自主智能並輔助駕駛員提升車輛行駛安全性和舒適度，ADAS技術應運而生。而在車廠打造產品差異化和消費者對新技術青睞的助推下，ADAS技術逐漸普及並且在功能上不斷推陳出新。隨著新能源汽車為主的本土供應商崛起，使得新能源汽車更具搭載ADAS的價值，也推動著ADAS系統的不斷更新疊代。早期的ADAS 系統主要以被動式報警為主，當車輛檢測到潛在危險時，會發出警報提醒駕車者注意異常的車輛或道路情況。對於新的ADAS 系統來說，主動式危險感知和干預也越來越多的應用於實際車輛的感知與控制中。
1、Image/Radar/Lidar Sensing System（Semper NOR Flash）
目前ADAS系統功能模塊中，無論是360°全景影像、自適應巡航、駕駛員監測系統，還是前方碰撞及行人檢測、車道保持和偏離預警系統，大部分還是需要攝像頭、雷達、雷射雷達、超聲及紅外等傳感器的參與。這些傳感器將所採集的圖像/傳感數據進行處理、校正、拼接或是融合之後的信息傳輸給主控制晶片進行進一步的運動、行人、距離檢測並最終做出決斷、告警和車輛控制。在採集傳感端的ASIC/
MCU/MPU和中央處理側的MPU/SoC都會有啟動代碼、關鍵日誌、傳感器校準數據以及數據暫存的需求，並且由於所應用位置為ADAS的核心部件並且事關係統整體穩定與車輛安全行駛，因此對於外部
NOR Flash的容量、速度、可靠性提出了更高要求。
英飛凌Semper™系列 NOR Flash針對這一使用場景，利用Flash內部集成了硬體ECC(Error Correction Code)數據糾錯模塊，可以在數據燒錄時自動生成並存儲ECC校驗值，在數據讀取過程中動態計算校驗碼並自動糾正bit反轉等數據錯誤，這樣可以最大限度保證數據的正確性，在出現問題時及時感知並糾正錯誤，以提升系統整體可靠性。同時，針對ADAS系統模塊軟體在線升級時外部存儲器上啟動代碼被意外篡改和數據被非法入侵等痛點，英飛凌Semper™系列 NOR Flash也具備硬體CRC(Cyclic Redundancy Check)的循環冗餘校驗功能。在系統分階段啟動的過程中，MCU/SoC可以通過配置Flash內部寄存器(CRC計算起始地址寄存器，CRC計算結束地址寄存器，CRC32校驗值寄存器)直接讓Flash計算並輸出CRC32校驗值，由於數據不需要從Flash內部拷貝到RAM上進行計算，因此節約了大量總線傳輸和MCU/SoC計算時間和算力。MCU/SoC可以通過Flash內部計算的啟動代碼/數據的CRC32校驗值並與升級文件的校驗值比對來快速判斷代碼/數據是否被篡改，從而在保證數據一致性的前提下進一步提升系統啟動速度。
2、EDR（F-RAM）
在ADAS系統輔助駕駛等級不斷提升的過程中，由機器參與的感知、判斷和決策的比例越來越高，在車輛出現事故時責任的認定和原因調查成為了必要的環節，因此對車輛事故前後的緊急數據存儲提出了更高的需求。事件數據記錄器(EDR Event Data Recorder)作為汽車上的黑匣子，它幾乎記錄了汽車的任何動作以及駕駛員對汽車所做的一切。例如汽車發生事故前後的數據(如：速度、剎車、轉向燈、車門、發動機溫度等)，對於還原事故真相至關重要。
英飛凌Excelon™ Auto系列F-RAM完美匹配了此類應用的需求，在可以與其他內存(如SRAM、EEPROM或是SPI NOR Flash)使用相同的主機處理器接口的同時，利用其近乎為0等待的快速寫入來消除其他
技術所需的“浸泡時間”或頁/扇區緩衝而造成的寫延遲。即時的寫操作消除了由於意外掉電或電壓跌落而導致的數據丟失或是未完全寫入的風險。另外，英飛凌Excelon™ Auto系列F-RAM提供業界領先
的16Mb大容量產品，覆蓋最高車規AEC-Q100 Grade 1(-40°C 至 + 125°C)認證的產品的同時，在嚴苛工作條件下仍然具備超高的寫入壽命次數(1013次)和超長數據保持時間，在85℃的結溫下，數據依然可以保持長達121年，並且Excelon™ Auto系列F-RAM產品擁有超低功耗，相較於EEPROM的產品在並發寫入時功耗低127倍，休眠時電流只有0.1uA，有助於ADAS系統在事故發生瞬間引起斷電需要使用低功率備用電源或通過電容供電時儘可能多的存儲關鍵子系統或傳感器數據甚至是壓縮過的圖像信息，為後續事故原因分析和責任判定提供更多有效的證據。在車輛日益智能化和功能不斷豐富的過程中，越來越多的系統模塊被設計並使用到車輛運動的感知、控制和決策中。為了確保系統可靠、安全的操作，每個子系統均需要使用特定的非易失性存儲器來對數據、參數、日誌和代碼進行存儲。不同系統模塊由於功能和屬性不同，對外部非易失性存儲器提出的要求各不相同。
英飛凌具有30年的非易失性存儲設計生產技術積累與嚴格高標準的質量管控體系，針對這些不同應用的不同場景提供了部分相對應的車規級別高性能、大容量、高質量的外置非易失性存儲器，以保證在車輛運行的嚴酷環境條件下依然保證數據的可靠性、穩定性和高吞吐能力，助力新一代汽車電子設計並為汽車智能化不斷提供可供信賴的解決方案。
該文章來源於“英飛凌汽車電子生態圈”官方微信，英飛凌汽車電子生態圈對該內容擁有最終解釋權。如需轉載，請註明來源，英飛凌保留所有權利。
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