汽車制造商看好閃存應(yīng)用

2004年9月A版

　　自從幾年前開始，閃存技術(shù)變?yōu)橥ㄓ孟M電子產(chǎn)品熟知和受歡迎的元件，例如它廣泛用于成長中的數(shù)碼相機和MP3播放器市場。在汽車業(yè)亦出現(xiàn)相似的成長。

　　導(dǎo)致許多工廠大量使用閃存的原因是，越來越多的汽車引入微控制器單元(MCU)。MCU正在降低傳統(tǒng)上使用純機械元件來實現(xiàn)的許多汽車特性的成本。防抱死制動系統(tǒng)(ABS)就是一個例子，早期使用許多液壓執(zhí)行器和杠桿去實現(xiàn)制動控制，現(xiàn)在ABS采用功能強大的容錯MCU執(zhí)行芯片上存儲器的代碼來實現(xiàn)。

　　類似地，機械噴油系統(tǒng)在20年前開始由成本低得多的電子燃料噴油系統(tǒng)所代替。在這些系統(tǒng)中，MCU具有足夠的帶寬來構(gòu)成附加的復(fù)雜性能，以滿足廢氣排放規(guī)定和改善驅(qū)動能力。MCU還幫助汽車內(nèi)的電線系統(tǒng)減少接線數(shù)量和復(fù)雜性，而且在汽車內(nèi)不同節(jié)點之間執(zhí)行傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

使用閃存的原因

　　為什么在汽車應(yīng)用中選用閃存技術(shù)而不選用成本更低的只讀存儲器ROM？簡要的答案是靈活性。閃存讓汽車制造廠在車間的最后一分鐘才配置車輛的特性集和控制算法，這樣一來，在同一生產(chǎn)線上可裝配針對不同市場或不同用戶選擇的車輛。這種效能對于整個設(shè)計—供應(yīng)—制造鏈?zhǔn)侵陵P(guān)重要的，MCU供應(yīng)商的專用零件庫存量可減少，甚至完全取消。在開發(fā)階段中MCU非常有用，閃存在原位重新編程可縮短軟件開發(fā)周期，無需對引擎作最后校準(zhǔn)。

　　閃存技術(shù)要克服許多困難。首先是苛刻的汽車環(huán)境，車用MCU是在嚴(yán)酷的環(huán)境下工作的。為了成本的原因，MCU直接暴露在簡直可使PC芯片組融化的條件下。工作溫度范圍-40至+125℃，在最高溫度下只允許芯片從不許超過150℃結(jié)溫獲得25℃的梯度。采用KGD(已知良好裸片)封裝法可將最高環(huán)境溫度提高到145℃，而且周圍沒有安裝風(fēng)扇。

　　成本因素是另一困難。某些特點雖然誘人，但是超過一定價格時消費者就不會接受。眾所周知，汽車工業(yè)有許多降低成本的辦法，包括增加集成化、小型化和機電化等。

片上和板上的閃存

　　片上閃存對降低汽車成本是有效的元件。另外還有這樣的好處，相對片外閃存產(chǎn)品來說，汽車電子制造廠不會受到定貨價格和交貨期限的壓力。同時片上閃存沒有高速的外部總線，對車內(nèi)無線電和移動手機等設(shè)備產(chǎn)生的輻射干擾就可能避免。

　　高度集中和帶有片上閃存的MCU是Freescale公司的與PowerPC指令集兼容的MPC565，它是由摩托羅拉的0.25mm工藝制作的嵌入式、非揮發(fā)性的存儲器晶圓產(chǎn)品，采用高密度的單晶體管閃存比特單元。它的邏輯芯核用2.6V電源供電，其外設(shè)維持與外部高達(dá)5V的電壓兼容。內(nèi)部閃存分成各有512K字節(jié)的兩個區(qū)。

　　當(dāng)存儲器配置成分開的兩個區(qū)時，代碼可在一個區(qū)內(nèi)運行，而另一個區(qū)正在編程，甚至在生產(chǎn)線現(xiàn)場編程。采用兩個閃存區(qū)便于在運行代碼時進(jìn)行在線校準(zhǔn)，這是非常重要的配置，因為許多數(shù)據(jù)常數(shù)必須動態(tài)更新，以便車輛在啟動中獲得精細(xì)的調(diào)節(jié)。嵌入式硬件擦除和編程算法甚至在將來都使校準(zhǔn)過程簡化。

　　片上閃存打破外接存儲器所遇到的速度限制，使時鐘速率達(dá)到40MHz。例如，F(xiàn)reescale的MPC565有獨立的32字節(jié)片上頁面緩存器，用于從存儲器讀取暫存的數(shù)據(jù)和指令流。利用擴展的突發(fā)方式，MPC565比等效的外接閃存系統(tǒng)在性能上提高200%。

自動防止竄改

　　為了防止裝有MCU的電子控制模塊被竄改，甚至軟IP被竊取，片上安全特性可執(zhí)行阻止非授權(quán)的閃存讀數(shù)。例如MPC565的防竄改特性可禁止從外部存儲器接口或通過排錯工具進(jìn)入內(nèi)部閃存，但仍可由內(nèi)部閃存運行代碼。采用外部閃存就不具備這種優(yōu)點。

　　當(dāng)有人試圖通過芯片的排錯端口或它的外部總線進(jìn)入片上閃存時，選擇特性即被啟動。通常在沒有外部進(jìn)入情況下，內(nèi)部代碼從片上閃存以全速執(zhí)行。在試圖利用工具連接到端口或總線上窺視代碼時，芯片將停止運行、防止被子窺視或下載內(nèi)部閃存的內(nèi)容。采用外部閃存時，從芯片的物理引腳隨時可連接到外部存儲器而觀察到指令和數(shù)據(jù)。

減緩信息

　　系統(tǒng)設(shè)計師難辦的是確定片上閃存容量，因為經(jīng)常觀察到軟件程序越來越大，從現(xiàn)在看來片上存儲器容量是足夠了，而在項目結(jié)束時又不夠用。

　　Freescale公司另一種MCU566支持集成的代碼壓縮，以解決片上程序容量太大的問題，它將1M字節(jié)的片上閃存增加到2M字節(jié)。這種減小存儲程序和數(shù)據(jù)代碼容量的壓縮法不會影響芯片性能，因為在MPC566執(zhí)行代碼前，代碼經(jīng)過實時的由流水線和數(shù)據(jù)字典RAM的解壓縮處理。片上硬件保證代碼執(zhí)行性能與未壓縮代碼獲得的性能幾乎完全等效。

　　時鐘為56MHz的MPC566在非壓縮方式下運行Dhrystone基準(zhǔn)測試程序的速率是89VAX MIPS，在壓縮方式下的速率是85VAX MIPS(VAX MIPS是一種計算機工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，89VAX MIPS表示MPC565的運行速率比VAX11/780小型計算機快89倍)。

　　集成閃存技術(shù)近幾年已經(jīng)很成熟，例如Freescale公司等制造廠的閃存可達(dá)到數(shù)據(jù)保留時間15年和寫入/擦除周期1000次的有用性能。MPC565和MPC566采用5V和2.5V電源，使用0.25mm工藝、汽車質(zhì)量和浮柵制程。除了1M字節(jié)片上閃存，還有36K字節(jié)片上RAM和片上浮點運算協(xié)處理器，70條定時I/O通道和40通道ADC。兩種芯片都用球柵間距1mm的388PBGA封裝，在低價位下提供高集成度和性能。(李季)