通過(guò)FPGA設計安全的高級輔助駕駛系統

最好在這一處理級實(shí)現一些存儲器緩沖，以便臨時(shí)存儲數據?？梢栽俅吾槍@些存儲器例化奇偶校驗或SECDED ECC，實(shí)現相對較高的診斷覆蓋。

探測邏輯本身的故障跡可以把兩個(gè)相同的邏輯模塊放到一起，鎖定它們。為能夠對常見(jiàn)的故障進(jìn)行探測，可以針對它們使用不同的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò )，或者運行一個(gè)具有兩周期時(shí)鐘延時(shí)的邏輯模塊。對兩個(gè)模塊的輸出進(jìn)行連續對比，能夠探測到一個(gè)模塊中出現的故障。

在這一中間處理級產(chǎn)生了新數據后，需要再次寫(xiě)入外部DDR存儲器。與前面的步驟相同，可以對新數據計算校驗和，將這一校驗和寫(xiě)入到存儲器中。DDR存儲器控制器中的存儲器保護功能會(huì )探測地址故障，避免覆寫(xiě)其他關(guān)鍵的應用數據。

高級圖像處理

高級圖像處理階段包括目標探測和目標分類(lèi)。從軟件術(shù)語(yǔ)的角度來(lái)講，這一級主要是控制代碼，因此，非常適合在CPU上運行。在我們的應用實(shí)例中，可以在HPS中開(kāi)發(fā)這類(lèi)功能。圖9顯示了高級圖像處理涉及到的模塊。

雖然實(shí)現了兩個(gè)CPU，但是并沒(méi)有運行在鎖定模式下，即在程序執行過(guò)程中，一個(gè)CPU進(jìn)行檢查，另一個(gè)自動(dòng)探測故障。如果一個(gè)執行安全關(guān)鍵代碼或者數據的CPU出現了故障，那么，應用程序應保證對計算結果進(jìn)行檢查。這可以通過(guò)在相同的CPU或者另一個(gè)CPU上冗余執行代碼來(lái)完成。如果一個(gè)CPU出現了永久故障，在一個(gè)CPU上相同的代碼執行了兩遍，那么，CPU中的故障可能會(huì )產(chǎn)生兩次錯誤的結果，從而不會(huì )被探測到?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)現兩種不同的程序來(lái)避免這一問(wèn)題，但是，其缺點(diǎn)是增加了開(kāi)發(fā)工作量，針對同一程序開(kāi)發(fā)兩種不同的版本。另一種選擇是在第二個(gè)CPU上運行冗余計算。一個(gè)CPU中的永久故障不會(huì )影響另一個(gè)CPU，因此，只要故障不是在共享資源中，那么，不需要運行不同的軟件就能夠探測到錯誤執行。運行算法兩次，然后對比結果，也可以探測到瞬時(shí)故障。對于軟件在兩個(gè)CPU上執行的情況，很有可能相同的代碼并沒(méi)有在兩個(gè)CPU的同一周期中執行，因此，進(jìn)行計算然后對比冗余執行的輸出即可發(fā)現故障。在不同的時(shí)間執行代碼的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地測出常見(jiàn)的故障。

正如前面所提到的，由SECDED ECC或者奇偶校驗功能來(lái)保護處理過(guò)程所涉及到的存儲器。

而在L3互聯(lián)、DDR存儲器控制器、片內RAM控制器的其他邏輯中還可能會(huì )出現故障。對于較大的數據，可以采用CRC校驗和來(lái)保護數據不會(huì )被修改。為中間級處理模塊生成的數據建立了校驗和后，可以在用于后面的操作之前對其進(jìn)行檢查。對于較小的數據，存儲這些數據，讀回就可以確定傳輸是否正確。對于讀取用于處理的數據，可以讀兩遍，在使用之前進(jìn)行對比。當數據規模有限時(shí)這不會(huì )產(chǎn)生太大的處理開(kāi)銷(xiāo)，但是能夠很好地測出故障。

用于探測故障的其他特性包括每一Cortex-A9處理器中的存儲器管理單元(MMU)、DDR存儲器控制器中的存儲器保護特性，以及看門(mén)狗定時(shí)器。

結論

ADAS是確保越來(lái)越擁擠的道路更加安全的下一波創(chuàng )新。這些系統的性能需求給現有以及未來(lái)的標準商用貨架(COTS)產(chǎn)品帶來(lái)了挑戰，而可編程FPGA在這方面有很大的優(yōu)勢。實(shí)現定制碼型發(fā)生器或者定制看門(mén)狗定時(shí)器等專(zhuān)用診斷功能，能夠提高對系統的診斷覆蓋范圍，而這些功能很難在標準產(chǎn)品上實(shí)現。流處理是圖像處理的第一步，減少了存儲器讀寫(xiě)操作，因此，能夠減少故障的發(fā)生，降低功耗，提高應用性能。很多COTS產(chǎn)品在設計時(shí)并沒(méi)有體現功能安全，使用具有功能安全的平臺和開(kāi)發(fā)環(huán)境，與擅長(cháng)功能安全的合作伙伴合作，都有利于系統的整體實(shí)現。