嵌入式非易失性存儲(chǔ)器在汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用

        隨著汽車逐漸發(fā)展成為高度集成的交通、信息和娛樂系統(tǒng)，其半導(dǎo)體成分不斷增多。如今的汽車包含了數(shù)以十計(jì)的處理器、大量的傳感器和各類控制、安全、舒適及通信系統(tǒng)。所有這些系統(tǒng)都需要非易失性存儲(chǔ)。

　　車載系統(tǒng)的存儲(chǔ)器有多種不同形式，其容量少則只有數(shù)百位，用于存儲(chǔ)ID和傳感器數(shù)據(jù)，多則高達(dá)數(shù)兆字節(jié)，用于保存復(fù)雜的固件程序。不同系統(tǒng)對(duì)非易失性存儲(chǔ)器(NVM)的要求不同，但無一例外都希望它便宜、可靠、安全并易于在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。本文深入探討了一些常見應(yīng)用，闡述了它們所需要的存儲(chǔ)器要求和特性。

　　固件存儲(chǔ)

　　如今的汽車可謂是真正的個(gè)人汽車系統(tǒng)，其中包含了眾多依賴MCU工作的電子子系統(tǒng)，如制動(dòng)系統(tǒng)、電子穩(wěn)定裝置、巡航控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、電源管理和儀表板等。這些處理器需要總計(jì)數(shù)百萬行的軟件代碼，而所有代碼都必須存儲(chǔ)在NVM中。目前存儲(chǔ)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(chǔ)器，如用掩膜可配置ROM來存儲(chǔ)代碼。不過，這種方法缺乏現(xiàn)場(chǎng)可編程能力，此后就不可能對(duì)代碼進(jìn)行升級(jí)以修正問題或是增強(qiáng)系統(tǒng)的功能組合?，F(xiàn)場(chǎng)可編程能力還讓MCU制造商得以延長(zhǎng)其車載產(chǎn)品的壽命，支持新的汽車款式。

　　MCU供應(yīng)商已經(jīng)轉(zhuǎn)向采用嵌入式閃存來進(jìn)行固件存儲(chǔ)，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/嵌入式">嵌入式閃存現(xiàn)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，由于通過電壓對(duì)比或其它掃描技術(shù)就可以讀取代表著MCU廠商知識(shí)產(chǎn)權(quán)的閃存內(nèi)容，閃存在固件存儲(chǔ)方面還存在著安全隱患。

　　如果現(xiàn)場(chǎng)可編程OTP存儲(chǔ)器外型小巧的話，通過在系統(tǒng)級(jí)將其設(shè)計(jì)為“數(shù)次可編程”，可以利用它來代替閃存以存儲(chǔ)程序。MCU供應(yīng)商能做的，就是除了存儲(chǔ)現(xiàn)有程序代碼的扇區(qū)外，還在OTP存儲(chǔ)器中留出一個(gè)或多個(gè)未指定扇區(qū)。若需對(duì)某個(gè)程序代碼模塊進(jìn)行升級(jí)，就把被升級(jí)的模塊編程入一個(gè)未用存儲(chǔ)扇區(qū)，讓控制邏輯轉(zhuǎn)而指向升級(jí)后的模塊(見圖1)。這種技術(shù)還可用于其它車載系統(tǒng)，如傳感器校準(zhǔn)和數(shù)字版權(quán)管理(DRM)密鑰，本文稍后將對(duì)此進(jìn)行探討。

　　對(duì)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(chǔ)是一個(gè)理想的應(yīng)用領(lǐng)域。這種存儲(chǔ)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，必須能夠在汽車的高溫工作環(huán)境中正常運(yùn)行。

圖1、MCU供應(yīng)商在OTP存儲(chǔ)器中預(yù)留未編程扇區(qū)，使得汽車制造商能夠通過把升級(jí)內(nèi)容下載到初始未編程扇區(qū)中來對(duì)MCU的程序模塊進(jìn)行升級(jí)。

　　傳感器校準(zhǔn)

　　如今汽車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(tǒng)，能夠監(jiān)控許多關(guān)鍵參數(shù)，如安全氣囊準(zhǔn)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(tǒng)電壓、用于制動(dòng)和轉(zhuǎn)向控制的汽車定位，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)，供汽車系統(tǒng)將物理參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姎庑盘?hào)，以此測(cè)量壓力、溫度或濕度等模擬參數(shù)。

　　用于電子信號(hào)轉(zhuǎn)換的物理參數(shù)通常是低電平、非線性的，且與溫度密切相關(guān)。設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行一些信號(hào)調(diào)節(jié)工作，以此放大和校準(zhǔn)傳感器信號(hào)在靈敏度、偏移和非線性度等方面的器件間隨機(jī)變化，并讓它不再受溫度影響，從而為系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)線性而精確的信號(hào)。在傳感器校準(zhǔn)方面，另一個(gè)問題是偏移或靈敏度這類參數(shù)因系統(tǒng)而異，需要對(duì)每個(gè)傳感器和調(diào)節(jié)電路分別進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。

　　有幾家車載半導(dǎo)體制造商在提供能夠?qū)蚴絺鞲衅鬟M(jìn)行放大、校準(zhǔn)并做溫度補(bǔ)償?shù)男酒?。它們通常利?個(gè)微控制器來數(shù)字式控制1個(gè)或多個(gè)DAC，把一組傳感器校準(zhǔn)系數(shù)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(見圖2)。

圖2、采用EEPROM存儲(chǔ)傳感器校準(zhǔn)系數(shù)的一種典型的可編程車載傳感器調(diào)節(jié)裝置。