TMS570 MCU提升汽車(chē)制動(dòng)系統安全性

　　根據 IEC 61508 標準，危險故障的成因包括以下因素：

　　—— 軟件或硬件系統規范不正確

　　—— 安全要求規范缺失

　　—— 硬件隨機故障

　　—— 系統原因故障

　　—— 人為錯誤

　　—— 環(huán)境影響(EMI、溫度以及機械等)

　　從完整系統的角度來(lái)說(shuō)，危險評估和安全完整性要求包括以下因素：

　　在電壓下降、假信號等情況下確保穩定的電源供給和時(shí)鐘信號完整性;

　　用于處理與通信的冗余性或真實(shí)性檢查，其中包括往返于傳感器和執行器的信號;

　　提供故障檢驗功能;

　　提供故障管理策略，其中包括在故障容錯架構、緊急操作模式及可控系統關(guān)斷等情況下定義安全狀態(tài)和故障防護;

　　增強型軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)程包括使用正式規范、編程語(yǔ)言子集以及代碼驗證工具等。

　　硅芯片的強大支持

　　開(kāi)發(fā)人員可充分利用市場(chǎng)上的微處理器，為 ECU 制動(dòng)控制功能達到 SIL3 認證標準提供所需技術(shù)。TI 與羅伯特•博世有限公司 (Robert Bosch GmbH) 聯(lián)合開(kāi)發(fā)的TMS570 就是一款這樣的微處理器。

　　在硅芯片設計中，芯片布局本身就是一項很大的挑戰，應包括專(zhuān)用知識產(chǎn)權 (IP) 以減少并檢測隨機硬件和系統原因故障。此外，我們還可用運行于鎖步 (lock-step)模式的雙核處理器架構來(lái)比較處理結果，從而避免為開(kāi)發(fā)獨立的檢驗器微處理器軟件耗費大量的時(shí)間。為了保護存儲器子系統免受外部事件引發(fā)的故障影響，我們應在主存儲器和本地存儲器以及總線(xiàn)流量上實(shí)施錯誤校正代碼 (ECC) 和奇偶位保護機制。為簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)工作，開(kāi)發(fā)人員還應使用 MCU 上業(yè)已實(shí)施FlexRay™ 網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的器件。這種由領(lǐng)先汽車(chē)制造商和供應商開(kāi)發(fā)的確定性通信標準能為高級汽車(chē)系統提供全面確定性的冗余通信。

　　例如，TI 的 TMS570 MCU 是一款基于兩個(gè)相同的新一代 ARM® R4 CortexTM 內核之上的對稱(chēng)型雙核MCU。每個(gè) Cortex-R4 內核的性能均可達到 300 MIPS，而且 TMS570 還集成了 2MB 的片上閃存、FlexRayTM 網(wǎng)絡(luò )、BIST、CAN 及多種外設。雙核與正在申請專(zhuān)利的架構緊密耦合，可實(shí)現最高可靠性。

　　Cortex-R4 的優(yōu)勢

　　Cortex-R4 的 64 位 AMBA 3 AXI 存儲器接口能夠提供幾項可加強可靠性的重要性能優(yōu)勢，其中包括發(fā)出多個(gè)待定地址，并支持亂序數據返回。

　　或許最顯著(zhù)的優(yōu)勢在于，即便存儲器或外設速度較慢，也不會(huì )阻塞總線(xiàn)，進(jìn)而影響存取速度。這種功能使得內核不必等待速度較慢的存取完成，從而可以執行更多存取。此外，64 位寬總線(xiàn)還提高了可用帶寬，從而僅需四次存取就能完成高速緩存行填充，而不像ARM946E-S一樣需要八次。

　　與 946E-S 相比，Cortex-R4 還大幅改進(jìn)了中斷延遲，而且最壞情況中斷延遲和平均中斷延遲均得到了改善。例如，946E-S 必須等著(zhù)指令或中斷進(jìn)程完成，而不能中途放棄。在最壞情況下，意味著(zhù)即便使用零等待狀態(tài)存儲器，中斷延遲有可能長(cháng)達 118 個(gè)周期。盡管上述情況不太可能頻繁發(fā)生，但實(shí)時(shí)系統必須做這種最壞的打算。

　　另一方面，如果在執行過(guò)程中收到中斷請求，Cortex-R4 處理器將放棄正常存儲器的多負載指令。經(jīng)過(guò)精心設計，TMS570 MCU可將最長(cháng)中斷延遲控制在 20 個(gè)周期左右，很少甚至可完全不受 AMBA AXI 存儲器和外設的存取時(shí)間的影響。

　　此外，Cortex-R4 處理器還可提供非屏蔽中斷選項，從而避免軟件禁用快速中斷請求 (FIQ)，這對于安全關(guān)鍵型應用尤其重要。

　　結論

　　對汽車(chē)制造商及 OEM 廠(chǎng)商而言，隨著(zhù)車(chē)輛變得日益復雜，集成的功能越來(lái)越多，安全標準化也日趨重要。集成 Cortex R4 內核的創(chuàng )新型設計，如 TMS570 器件，可實(shí)現 IEC 61508 標準所要求的故障檢測與響應時(shí)間。

　　將基于微處理器的系統的可靠性納入 SIL3 認證范疇，標志著(zhù)汽車(chē) OEM 廠(chǎng)商與汽車(chē)制造商在全面實(shí)施車(chē)輛線(xiàn)控驅動(dòng)功能的進(jìn)程中向前邁進(jìn)了一大步。

　　TMS570 MCU 是經(jīng) SIL3 認證并符合制動(dòng)要求的 32 位微處理器系列，將在2008 型式年份的車(chē)輛中實(shí)施。TMS570 MCU的技術(shù)發(fā)展策略涵蓋電子穩定性控制、底盤(pán)控制及轉向系統等。