從飛思卡爾SafeAssure功能安全保障方案看汽車(chē)安全設計

　　SafeAssure保障方案涵蓋飛思卡爾系列的技術(shù)，包括微控制器、模擬和電源管理IC以及傳感器。SafeAssure安全保障方案對廠(chǎng)商提供了四個(gè)方面的支持，包括：

　　安全流程：挑選那些定義和設計之初就以符合各項標準要求為目標的產(chǎn)品，使功能安全成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的一個(gè)完整組成部分。

　　安全硬件：故障控制通過(guò)在飛思卡爾微控制器、電源管理IC和傳感器中內置的安全功能實(shí)現，例如自測、監控和基于硬件的冗余。飛思卡爾汽車(chē)模擬器件解決方案提供了額外的系統級安全功能，包括檢查微控制器時(shí)序、電壓和故障管理。

　　安全軟件：全面的汽車(chē)功能安全軟件產(chǎn)品，包括AUTOSAR OS、MCAL、驅動(dòng)和內核自測功能，并與領(lǐng)先的第三方軟件提供商合作推出更多的安全軟件解決方案。

　　安全支持：飛思卡爾利用自身覆蓋廣泛的技術(shù)能力，提供功能安全架構有關(guān)的客戶(hù)培訓和系統設計審核，以及廣泛的安全文檔和技術(shù)支持。

　　SafeAssure主要目標是化繁為簡(jiǎn)，為簡(jiǎn)化失效故障分析，飛思卡爾還提供一個(gè)重要分析工具——失效模式、效果和診斷分析(FMEDA)，這個(gè)工具分析客戶(hù)整個(gè)數據，最后算出的結果是不是達到功能安全所需要的要求。FMEDA工具可以幫助客戶(hù)根據其應用來(lái)計算最后功能安全結果，從而使SafeAssure方案有效簡(jiǎn)化功能安全設計工作。

　　從MPC5643L單片機看功能安全機制

　　Yolanda指出：“硬件安全的理念主要通過(guò)檢測和消除隨機硬件故障，利用內置的安全機制，包括自檢、監測和基于硬件的冗余設計來(lái)實(shí)現。”廠(chǎng)商可以充分利用在飛思卡爾微控制器、電源管理IC和傳感器中內置的功能安全機制實(shí)現有效的故障控制，從而實(shí)現目標市場(chǎng)對功能安全設計的要求。

　　功能安全設計需要針對可能出現功能失效進(jìn)行預測，包括單點(diǎn)失效、潛在失效和共因失效。按照ISO 26262的最高等級ASIL D的要求，所設計的系統要能檢測出大于99%的單點(diǎn)失效率，潛在失效檢測要超過(guò)90%。例如，如果一個(gè)系統的每小時(shí)失效率低于10-8，則落到單片機的每小時(shí)失效率必須低于10-9。“在我們的單片機設計過(guò)程中更嚴格，錯誤概率更小。”Yolanda表示，“MPC5643L就是飛思卡爾針對功能安全推出的一款單片機產(chǎn)品，這款產(chǎn)品的設計體現了功能安全的設計理念。”

　　冗余設計是有效提高系統失效安全的有效措施之一，MPC5643L中充分利用了冗余設計確保嚴格的功能安全標準要求。MPC5643L采用了雙e200Core內核鎖步(lockstep)工作模式，一個(gè)內核工作的同時(shí)另一個(gè)內核進(jìn)行監測。此外，MPC5643L還對主要的模塊如看門(mén)狗定時(shí)器、內存相關(guān)控制單元、總線(xiàn)及外設都進(jìn)行了冗余。而且，為了防止單點(diǎn)失效，MPC5643L內置的閃存還具有自動(dòng)糾錯功能。

　　通常，很多系統開(kāi)始都能正常工作，但是過(guò)了幾年之后，因為外部一些因素觸發(fā)而可能產(chǎn)生一些失效故障，這就是潛在失效的概念，功能安全設計需考慮潛在失效。“過(guò)去潛在失效的防范都是由軟件實(shí)現，軟件每一次在單片機復位以后都會(huì )對所有的內存或者是邏輯進(jìn)行一次校驗。而在MPC5643L中，將校驗功能由硬件實(shí)現，即內置自測，這是功能安全對單片機非常重要的要求，這種自測功能可以把內存或者是邏輯以及外設的一些錯誤檢測覆蓋率達到90%以上。”Yolanda指出。

　　除此之外還需要考慮共因失效。“共因失效是什么呢?比如說(shuō)時(shí)鐘，它會(huì )提供給很多模塊，還有電壓也會(huì )提供給整個(gè)的單片機。此外，溫度也是重要考慮的問(wèn)題，如果一旦芯片溫度過(guò)高，也可能導致芯片失效。”Yolanda解釋了共因失效的定義，“這些共因失效都需要檢測，MPC5643L對時(shí)鐘、電壓以及溫度都有檢測。”從成本考慮以及應用環(huán)境的原因，通常的應用中單片機并不具有溫度傳感器這些考慮共因失效的功能特性。

　　除此之外，MPC5643L內部還集成了一個(gè)獨立于CPU的錯誤收集和應對模塊(FCCU)，該模塊在時(shí)鐘上也跟CPU獨立開(kāi)，可以完全獨立操作，把這些錯誤收集起來(lái)并做相應的應對措施。這個(gè)功能模塊也是傳統單片機所不具備的?！　?/p>

 

　　圖4：功能安全處理器MPC5643L充分利用了硬件冗余設計等多種失效保障機制。

　　本文小結

　　據Yolanda指出，目前基于功能安全的安全性預測在歐美和日本等發(fā)達市場(chǎng)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，很多相關(guān)的產(chǎn)品即將推入市場(chǎng)，而在中國國內才剛剛開(kāi)始起步。高級駕駛員輔助系統作為安全性預測的標志性應用，目前已經(jīng)進(jìn)入很多高端汽車(chē)的研發(fā)流程。以飛思卡爾公司為例，對高級駕駛員輔助系統提供了全部整套的解決方案，包括后視的停車(chē)輔助、全景輔助、前景安全性預測(車(chē)道偏離預警、自動(dòng)巡航系統，等等)。事實(shí)上，目前很多全球領(lǐng)先的汽車(chē)半導體解決方案提供商都將目標瞄準高級駕駛員輔助系統，基于功能安全的汽車(chē)安全性預測的廣泛應用指日可待。