包含先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)在內(nèi)，所有跟安全性有關(guān)的系統(tǒng)，只要其中有任何一個(gè)零組件發(fā)生不可預(yù)期的故障就會(huì)提高發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。為了降低系統(tǒng)發(fā)生故障的機(jī)率，汽車半導(dǎo)體零組件都要符合ISO26262國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了:
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間，要求對(duì)系統(tǒng)功能失效方式進(jìn)行嚴(yán)格的分析
制訂非常低的系統(tǒng)最大容錯(cuò)率
要求系統(tǒng)能可靠并快速地偵測(cè)錯(cuò)誤
要求系統(tǒng)建立健全的安全保護(hù)機(jī)制，并能從可見(jiàn)的故障中恢復(fù)
圖1: 2014年奧迪TT的可視化儀表盤(pán)。NOR型內(nèi)存被廣泛的應(yīng)用在車子啟動(dòng)后需要快速顯示的儀表盤(pán)中。(版權(quán)所有: 羅伯特 貝希克 / 根據(jù)基本創(chuàng)用授權(quán))
正因如此，許多汽車制造廠商都開(kāi)始尋求能夠滿足安全設(shè)計(jì)系統(tǒng)的新一代快閃記憶芯片。本文就是在探討加以解釋，在一般NOR型閃存芯片的操作模式中，為了要全面符合國(guó)際ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員所必須做的努力，和新型快閃記憶芯片所必須提供的功能。
這些安全功能在NOR型閃存 (亦即當(dāng)今常被應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)用來(lái)儲(chǔ)存啟動(dòng)代碼的閃存) 和SLC NAND型閃存中都可能會(huì)出現(xiàn)。如果不要求高數(shù)量的擦寫(xiě)次數(shù)且不需要實(shí)現(xiàn)XiP【片上執(zhí)行】功能，QspiNAND實(shí)際上是NOR型內(nèi)存的最佳替代方案之一。華邦的46奈米SLC NAND相較于現(xiàn)今其他QspiNAND制造商，提供了更高的質(zhì)量、更加優(yōu)化的功能安全性和更小的封裝。甚者，華邦的單層式NAND的資料保存年限跟NOR型閃存(55-65奈米)擁有相同的水平。
QspiNAND的優(yōu)勢(shì)在于它的低成本-：每一記憶單位元比NOR型閃存小上四倍。華邦提供內(nèi)含錯(cuò)誤糾正功能【ECC】的QspiNAND記憶芯片，它提供能連續(xù)且能跨頁(yè) (page)、區(qū)塊(block) 邊界的高速讀取。事實(shí)上，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)者都已經(jīng)考慮在車用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中同時(shí)使用NOR型快閃記憶芯片和QspiNAND記憶芯片。
在汽車電子領(lǐng)域中，NOR型閃存經(jīng)由數(shù)以千萬(wàn)計(jì)產(chǎn)品的長(zhǎng)期使用下，已經(jīng)可以證明是一個(gè)具有非常高可靠度的產(chǎn)品。ISO26262規(guī)范了四個(gè)汽車安全完整性等級(jí) (ASILA~D)，其中ASIL-D最是為嚴(yán)格，要達(dá)到其規(guī)范，系統(tǒng)層級(jí)產(chǎn)品的 FIT (Failure in Time) 值必須小于10 -? 以每十億產(chǎn)品-小時(shí)為基準(zhǔn) (參考圖2)。因此，屬于獨(dú)立組件等級(jí)的NOR型閃存的FIT值就必需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)地小于10。
圖 2: ISO26262國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最小及最大容錯(cuò)率
然而，時(shí)至今日，NOR型閃存對(duì)于汽車制造商來(lái)，仍然像是一個(gè)黑盒子一般，用戶并不能對(duì)儲(chǔ)存于其中的數(shù)據(jù)做任何的確認(rèn)或保證措施。亦即，主控芯片并不能監(jiān)控或預(yù)測(cè)任何儲(chǔ)存于內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是否正確進(jìn)而保障整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作正常。這在某方面來(lái)說(shuō)，是跟ISO26262的精神是互相沖突的。
換句話說(shuō)，NOR型閃存必須能提供讓主控芯片可以診斷偵測(cè)內(nèi)部數(shù)據(jù)的功能來(lái)避免發(fā)生任何可能的錯(cuò)誤。
這里提供了兩個(gè)主要的方向：
錯(cuò)誤偵測(cè)編碼器 (ECC engine)。它能在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，偵測(cè)并修正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)以保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確性
使用者能隨時(shí)地檢測(cè)ECC engine做動(dòng)的狀態(tài)
ECC在維持功能安全上的重要性
在傳統(tǒng)NOR型閃存上，ECC通常是在背景執(zhí)行偵測(cè)并且修正數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，并不會(huì)主動(dòng)回饋主控芯片端任何的訊息。
然而事實(shí)上，ECC是能透過(guò)各種方式來(lái)幫助主控芯片增進(jìn)系統(tǒng)的安全性。其中之一就是透過(guò)狀態(tài)寄存器 (Status Register) 來(lái)告知主控端ECC運(yùn)作和數(shù)據(jù)糾正的狀態(tài)與結(jié)果。以下三種狀況就是有可能會(huì)回饋的信息之一。
數(shù)據(jù)是正確的，不需錯(cuò)誤校正。
經(jīng)過(guò)校正后，數(shù)據(jù)是正確的。
數(shù)據(jù)錯(cuò)誤且無(wú)法被校正。
有了這些信息，主控芯片能知曉目前資料完整性的程度，并且能預(yù)先做些措施。
然而，為了符合ISO26262中要求車內(nèi)系統(tǒng)要能實(shí)時(shí)偵測(cè)錯(cuò)誤并且修正的精神，華邦為了車用市場(chǎng)所開(kāi)發(fā)的新型NOR型閃存提供了一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)送出數(shù)據(jù)異常訊號(hào)的腳位。這個(gè)腳位能夠明確的提供無(wú)法被糾正的數(shù)據(jù)位置信息。同時(shí)，也有一個(gè)選項(xiàng)提供給用戶，可以設(shè)定這個(gè)數(shù)據(jù)異常訊號(hào)是被可糾錯(cuò)的錯(cuò)誤觸發(fā)，或是被不可糾錯(cuò)的錯(cuò)誤觸發(fā)。
利用狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)異常腳位的信息，系統(tǒng)端就能主動(dòng)的對(duì)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)狀態(tài)建立一個(gè)完整的輪廓。甚至系統(tǒng)端能設(shè)定一個(gè)安全闕值，一旦在某些區(qū)域發(fā)生錯(cuò)誤或者整個(gè)內(nèi)存重復(fù)發(fā)生太多次錯(cuò)誤就禁用這些區(qū)域。
行文至此，大致上說(shuō)明了如何去處理并符合ISO26262中針對(duì)單一錯(cuò)誤的規(guī)范。但，ISO26262也規(guī)范了車內(nèi)系統(tǒng)如何去偵測(cè)即將發(fā)生的潛在錯(cuò)誤。這些潛在錯(cuò)誤雖然不會(huì)造成立即性的影響，但卻有可能造成往后的錯(cuò)誤發(fā)生。
舉例來(lái)說(shuō)，NOR型閃存理論上并不會(huì)發(fā)生位錯(cuò)誤，所以不需要錯(cuò)誤糾正動(dòng)作。但如果ECC電路發(fā)生了錯(cuò)誤，再加上NOR本身發(fā)生了位錯(cuò)誤，這兩者的效應(yīng)加在一起，整個(gè)系統(tǒng)就有可能暴露在危險(xiǎn)之中。
為了偵測(cè)潛在的ECC電路錯(cuò)誤，華邦的車用NOR型閃存提供了特殊的功能，能讓用戶輸入數(shù)據(jù)并檢查ECC電路運(yùn)算是否正確。同樣地，用戶也能藉由輸入數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證單一位錯(cuò)誤或者是超過(guò)單位元錯(cuò)誤的ECC運(yùn)算結(jié)果是否正確。我們建議，在每次系統(tǒng)開(kāi)機(jī)之后，都能夠做一次潛在風(fēng)險(xiǎn)的確認(rèn)。
為了滿足諸如自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)和其他汽車內(nèi)部系統(tǒng)，華邦現(xiàn)正把以上所提到關(guān)于安全系統(tǒng)的功能整合進(jìn)針對(duì)車用市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的NOR型閃存系列中。華邦車用3V四信道 NOR型閃存產(chǎn)品系列已經(jīng)能提供高達(dá)80MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率的，其中256Mb與512Mb產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始提供測(cè)試樣品。未來(lái)，容量更會(huì)再往上提升到1Gb。
在華邦1.8V 八信道NOR型閃存產(chǎn)品系列，擁有高達(dá)300MB/s數(shù)據(jù)傳輸率的產(chǎn)品會(huì)在2018年問(wèn)世并且會(huì)將容量擴(kuò)展到整個(gè)系列。
華邦也提供了整個(gè)包含了512Mb、1Gb和2Gb的QspiNAND產(chǎn)品系列。
華邦的QspiNAND產(chǎn)品系列都擁有了狀態(tài)寄存器可以讓系統(tǒng)知道目前數(shù)據(jù)是否已經(jīng)被ECC糾正、ECC做動(dòng)的狀況以及數(shù)據(jù)是否不能被糾錯(cuò) (如圖3所示)。
圖 3: 華邦的串行NAND可以從status register得知ECC的狀態(tài)
華邦，做為一個(gè)專業(yè)的內(nèi)存供貨商，讓系統(tǒng)研發(fā)者都能在華邦所提供的SPI NOR或QspiNAND內(nèi)存中，很容易的選用到一個(gè)具有提升系統(tǒng)安全功能的產(chǎn)品。
