嵌入式非易失性存儲器在汽車(chē)系統中的應用

        隨著(zhù)汽車(chē)逐漸發(fā)展成為高度集成的交通、信息和娛樂(lè )系統，其半導體成分不斷增多。如今的汽車(chē)包含了數以十計的處理器、大量的傳感器和各類(lèi)控制、安全、舒適及通信系統。所有這些系統都需要非易失性存儲。

　　車(chē)載系統的存儲器有多種不同形式，其容量少則只有數百位，用于存儲ID和傳感器數據，多則高達數兆字節，用于保存復雜的固件程序。不同系統對非易失性存儲器(NVM)的要求不同，但無(wú)一例外都希望它便宜、可靠、安全并易于在系統中實(shí)現。本文深入探討了一些常見(jiàn)應用，闡述了它們所需要的存儲器要求和特性。

　　固件存儲

　　如今的汽車(chē)可謂是真正的個(gè)人汽車(chē)系統，其中包含了眾多依賴(lài)MCU工作的電子子系統，如制動(dòng)系統、電子穩定裝置、巡航控制、發(fā)動(dòng)機控制、電源管理和儀表板等。這些處理器需要總計數百萬(wàn)行的軟件代碼，而所有代碼都必須存儲在NVM中。目前存儲這些代碼的技術(shù)是與MCU相嵌在一起的閃存。

　　除了閃存，也可以選用一次性可編程(OTP）存儲器，如用掩膜可配置ROM來(lái)存儲代碼。不過(guò)，這種方法缺乏現場(chǎng)可編程能力，此后就不可能對代碼進(jìn)行升級以修正問(wèn)題或是增強系統的功能組合?，F場(chǎng)可編程能力還讓MCU制造商得以延長(cháng)其車(chē)載產(chǎn)品的壽命，支持新的汽車(chē)款式。

　　MCU供應商已經(jīng)轉向采用嵌入式閃存來(lái)進(jìn)行固件存儲，因為嵌入式閃存現場(chǎng)可編程。但嵌入式閃存需要浮柵技術(shù)，這使得MCU芯片的制造成本增加了30-50%。此外，由于通過(guò)電壓對比或其它掃描技術(shù)就可以讀取代表著(zhù)MCU廠(chǎng)商知識產(chǎn)權的閃存內容，閃存在固件存儲方面還存在著(zhù)安全隱患。

　　如果現場(chǎng)可編程O(píng)TP存儲器外型小巧的話(huà)，通過(guò)在系統級將其設計為“數次可編程”，可以利用它來(lái)代替閃存以存儲程序。MCU供應商能做的，就是除了存儲現有程序代碼的扇區外，還在OTP存儲器中留出一個(gè)或多個(gè)未指定扇區。若需對某個(gè)程序代碼模塊進(jìn)行升級，就把被升級的模塊編程入一個(gè)未用存儲扇區，讓控制邏輯轉而指向升級后的模塊(見(jiàn)圖1)。這種技術(shù)還可用于其它車(chē)載系統，如傳感器校準和數字版權管理(DRM)密鑰，本文稍后將對此進(jìn)行探討。

　　對于價(jià)格不貴而又性能可靠的嵌入式NVM而言，在嵌入式MCU中進(jìn)行可編程固件存儲是一個(gè)理想的應用領(lǐng)域。這種存儲器價(jià)格必須非常低廉，不會(huì )增加任何額外的芯片制造成本。此外，它必須高度可靠，必須能夠在汽車(chē)的高溫工作環(huán)境中正常運行。

圖1、MCU供應商在OTP存儲器中預留未編程扇區，使得汽車(chē)制造商能夠通過(guò)把升級內容下載到初始未編程扇區中來(lái)對MCU的程序模塊進(jìn)行升級。

　　傳感器校準

　　如今汽車(chē)使用了許多并不昂貴的傳感器，這些傳感器可用于引擎控制、駕駛員輔助及安全裝置和舒適性子系統，能夠監控許多關(guān)鍵參數，如安全氣囊準備就緒情況、輪胎氣壓、引擎溫度、進(jìn)氣歧管壓力、光亮度、電池和電氣子系統電壓、用于制動(dòng)和轉向控制的汽車(chē)定位，以及各種溫度控制及其它舒適性配置。很多情況下，這些模擬傳感器都被配置成壓阻式橋網(wǎng)絡(luò )，供汽車(chē)系統將物理參數轉變?yōu)殡姎庑盘?，以此測量壓力、溫度或濕度等模擬參數。

　　用于電子信號轉換的物理參數通常是低電平、非線(xiàn)性的，且與溫度密切相關(guān)。設計人員需要進(jìn)行一些信號調節工作，以此放大和校準傳感器信號在靈敏度、偏移和非線(xiàn)性度等方面的器件間隨機變化，并讓它不再受溫度影響，從而為系統構建一個(gè)線(xiàn)性而精確的信號。在傳感器校準方面，另一個(gè)問(wèn)題是偏移或靈敏度這類(lèi)參數因系統而異，需要對每個(gè)傳感器和調節電路分別進(jìn)行現場(chǎng)校準。

　　有幾家車(chē)載半導體制造商在提供能夠對橋式傳感器進(jìn)行放大、校準并做溫度補償的芯片。它們通常利用1個(gè)微控制器來(lái)數字式控制1個(gè)或多個(gè)DAC，把一組傳感器校準系數編程到一個(gè)EEPROM(嵌入式或外部皆可)中，創(chuàng )建一個(gè)查找表(見(jiàn)圖2)。

圖2、采用EEPROM存儲傳感器校準系數的一種典型的可編程車(chē)載傳感器調節裝置。