最新的ADAS功能對(duì)汽車的系統(tǒng)架構(gòu)產(chǎn)生了重大影響。以前，各種ADAS應(yīng)用的ECU布置在整個(gè)汽車中：前向防撞ECU在擋風(fēng)玻璃上、超聲波和泊車ECU在后面。各個(gè)ECU將多個(gè)ADAS應(yīng)用集中到域中，組合成全部ADAS功能。新型中央域控制器ECU直接接收從汽車遠(yuǎn)端傳感器（如攝像頭、激光雷達(dá)、雷達(dá)、超聲波和其他傳感器）傳輸過來的數(shù)據(jù)，由高性能ADAS SoC進(jìn)行處理。集成的ADAS域控制器SoC需要更高的算力，更少的功耗和更小的面積。

中央ADAS域控制器功能的增加會(huì)影響ECU中的SoC架構(gòu)，包括車規(guī)級(jí)認(rèn)證，這仍然是設(shè)強(qiáng)制性要求。此外，SoC中的IP還必須滿足汽車安全完整性等級(jí)(ASIL)，必須針對(duì)1級(jí)和2級(jí)溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試，并且必須完全遵守汽車質(zhì)量管理流程。為了滿足新的SoC架構(gòu)的功率和性能要求，設(shè)計(jì)人員正在轉(zhuǎn)向更嚴(yán)格的工藝技術(shù)，例如FinFET，這使得在高級(jí)代工工藝中使用車規(guī)級(jí)認(rèn)證IP變得更加重要。

本文重點(diǎn)介紹了新的汽車ADAS域控制器SoC架構(gòu)，以及設(shè)計(jì)人員如何利用車規(guī)級(jí)認(rèn)證IP加快其SoC級(jí)認(rèn)證和量產(chǎn)時(shí)間。

向集中ADAS域控制器SoC架構(gòu)的轉(zhuǎn)變

據(jù)分析，道路交通事故中絕大部分是由人為錯(cuò)誤引起的，其余是由環(huán)境和機(jī)械故障引起的。減少車禍?zhǔn)蛊嘇DAS變得更加重要。自動(dòng)緊急制動(dòng)、行人檢測(cè)、環(huán)視、泊車輔助、駕駛員疲勞檢測(cè)和視線檢測(cè)是眾多ADAS應(yīng)用的案例，這些應(yīng)用程序可幫助駕駛員提供安全關(guān)鍵功能以減少車禍。圖1顯示了帶有集中式ECU的ADAS域控制器SoC，其中眾多傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒隕CU，然后再通過ADAS處理器進(jìn)行處理。

圖1：來自傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒隕CU并通過處理器進(jìn)行處理

集中ADAS域控制器SoC架構(gòu)的趨勢(shì)，在Delphi Automotive（現(xiàn)為Aptiv）和Audi等公司的眾多新發(fā)布產(chǎn)品公告中表現(xiàn)很明顯。根據(jù)WardsAuto的James M. Amend的文章《Delphi：行業(yè)必須走向數(shù)字化或死亡》所表述：“Delphi Automotive很快就會(huì)看到，車輛的傳統(tǒng)架構(gòu)將不再能夠處理更高連接性的計(jì)算需求并最終完全自動(dòng)駕駛，但他們認(rèn)為自己有一個(gè)解決方案，并希望成為該技術(shù)的領(lǐng)先集成商。”

在文章中，Delphi高級(jí)副總裁兼首席技術(shù)官Glen De Vos說：“我們必須開始將汽車視為一個(gè)數(shù)字平臺(tái)，這是一種非常不同的汽車思維方式?！睋?jù)audi.com稱，“現(xiàn)在，中央駕駛員輔助控制器(zFAS)首次從傳感器數(shù)據(jù)中永久形成周圍環(huán)境的綜合圖像，以實(shí)現(xiàn)廣泛的輔助功能。這是由補(bǔ)充的傳感器系統(tǒng)，zFAS的數(shù)據(jù)融合以及雷達(dá)ECU創(chuàng)建的?！?/p>

·海量數(shù)據(jù)正在推動(dòng)汽車ADAS應(yīng)用采用64位處理器。從分布式架構(gòu)到更集中的ECU的轉(zhuǎn)變更為普遍，由于ECU是集成的，ADAS SoC變得非常復(fù)雜，需要最新的半導(dǎo)體性能、半導(dǎo)體工藝技術(shù)以及ADAS域控制器SoC的其他技術(shù)：

·采用以太網(wǎng)管理包括時(shí)間敏感數(shù)據(jù)在內(nèi)的大數(shù)據(jù)量，減少點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線

·LPDDR4/4x以高達(dá)3200MB/s及更高的速率運(yùn)行，從而加快了汽車級(jí)SoC中的DRAM運(yùn)行

·MIPI標(biāo)準(zhǔn)，如MIPI相機(jī)串行接口和顯示串行接口，在成像和顯示應(yīng)用程序中提供高性能連接

·PCI Express為4G無線通信或未來的5G無線通信和外部SSD提供高可靠性的處理器到處理器連接

·5G和IEEE標(biāo)準(zhǔn)，如802.11p，用于提供進(jìn)出云的地圖或圖像的實(shí)時(shí)更新，以及車對(duì)車或車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的通信

·硬件和軟件中的網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議，用于保護(hù)通過USB、WiFi或藍(lán)牙連接的數(shù)據(jù)

·傳感器和控制子系統(tǒng)減輕主機(jī)處理器壓力，并融合傳感器數(shù)據(jù)，以管理傳感器提供的不同類型的數(shù)據(jù)

·更先進(jìn)的制造工藝技術(shù)，從傳統(tǒng)的90納米、65納米和40納米到更先進(jìn)的16納米、14納米甚至7納米FinFET工藝

安全關(guān)鍵應(yīng)用正在顯著增加ADAS SoC的采用率。但是，ADAS SoC以及包括集成到SoC中的IP在內(nèi)的所有半導(dǎo)體組件，都必須符合ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

滿足ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求

ISO 26262是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，定義了汽車系統(tǒng)故障對(duì)四個(gè)不同汽車安全完整性等級(jí)(ASIL)的影響：A、B、C和D；ASIL D是最高級(jí)別的功能安全。ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)定義了汽車開發(fā)組織在為安全關(guān)鍵系統(tǒng)開發(fā)產(chǎn)品時(shí)必須實(shí)施和遵守的所有流程、開發(fā)工作和標(biāo)準(zhǔn)。ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵目標(biāo)之一是通過以下方式最大限度地減少對(duì)所有類型的隨機(jī)硬件故障的脆弱性，包括永久故障和瞬時(shí)故障：

·開發(fā)產(chǎn)品時(shí)定義功能安全要求

·嚴(yán)格實(shí)施開發(fā)過程

·定義安全文化

·實(shí)施安全功能，以盡量減少硬件故障的影響

·評(píng)估和分析安全功能的影響，以確保降低硬件故障風(fēng)險(xiǎn)

ISO 26262認(rèn)證過程包括多個(gè)步驟、規(guī)則和報(bào)告，并且必須從產(chǎn)品開發(fā)的初始階段開始。例如，開發(fā)團(tuán)隊(duì)生成的故障模式影響和診斷分析(FMEDA)報(bào)告，從功能安全角度提供了有關(guān)遵守ISO 26262的所有信息。該報(bào)告由設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工程師創(chuàng)建，是ASIL評(píng)估的關(guān)鍵組成部分，不僅用于證明合規(guī)性，還用于設(shè)計(jì)目標(biāo)和開發(fā)結(jié)束時(shí)的流程評(píng)審。

專職的安全經(jīng)理與開發(fā)組織分開，他們接受過全面培訓(xùn)能，能夠監(jiān)控開發(fā)過程、里程碑和產(chǎn)品審查，確保在標(biāo)準(zhǔn)定義的整個(gè)SoC開發(fā)流程中完成所有文檔和可追溯性。FMEDA報(bào)告還包括對(duì)安全特性、開發(fā)和驗(yàn)證的總結(jié)。它清楚地記錄了產(chǎn)品中包含的安全特性，以及這些產(chǎn)品如何對(duì)注入其中的隨機(jī)故障作出反應(yīng)。FMEDA報(bào)告是強(qiáng)制性的，并提供給參與產(chǎn)品審查過程的所有各方。

如何實(shí)施ISO 26262認(rèn)證

標(biāo)準(zhǔn)SoC或IP產(chǎn)品開發(fā)流程始于RTL設(shè)計(jì)，然后在最終的原型中進(jìn)行硬件和軟件的實(shí)施，確認(rèn)和驗(yàn)證。符合ISO 26262的開發(fā)增加了額外的步驟，包括在定義核心架構(gòu)和規(guī)范的初始階段。設(shè)計(jì)人員定義了一個(gè)包括安全功能和目標(biāo)的安全計(jì)劃。

產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)和安全經(jīng)理審查安全計(jì)劃和策略，以實(shí)現(xiàn)最終應(yīng)用的功能安全。其中很重要的是通過故障注入以及系統(tǒng)對(duì)這些故障的反應(yīng)進(jìn)行安全等級(jí)分析和故障分析。FMEDA包含了永久和瞬時(shí)故障的故障注入分析，以評(píng)估影響。作為ISO 26262認(rèn)證過程的一部分，分析和評(píng)估在FMEDA報(bào)告中進(jìn)行了清晰的文檔化，F(xiàn)MEDA報(bào)告以及安全手冊(cè)是ISO 26262認(rèn)證的一部分。

ISO 26262認(rèn)證過程中的安全手冊(cè)定義了產(chǎn)品的安全特性，這對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行至關(guān)重要。該標(biāo)準(zhǔn)提供了一些關(guān)于可以檢測(cè)可能故障的安全功能有效性的指南。IP產(chǎn)品設(shè)計(jì)的安全特性分為三類：保護(hù)機(jī)制、冗余和多樣性。

·保護(hù)機(jī)制，例如對(duì)SoC架構(gòu)中IP之間的接口進(jìn)行彈性緩存保護(hù)，對(duì)數(shù)據(jù)路徑和配置寄存器進(jìn)行奇偶校驗(yàn)保護(hù)，對(duì)寫入和讀取的糾錯(cuò)碼保護(hù)。

·復(fù)制是一種安全功能類別，包括復(fù)制（或三重復(fù)制）關(guān)鍵模塊并使用投票邏輯來確保冗余。

·多樣性包括所有狀態(tài)寄存器的奇偶校驗(yàn)、單周期脈沖有效性、各種專用中斷和針對(duì)不良狀態(tài)機(jī)的熱狀態(tài)機(jī)保護(hù)。

滿足ISO 26262功能安全認(rèn)證的過程非常嚴(yán)格，從創(chuàng)建FMEDA報(bào)告、定義特定安全目標(biāo)ASIL特性的安全計(jì)劃，到聘請(qǐng)安全經(jīng)理，并與所有利益相關(guān)者一起記錄和審查每個(gè)里程碑。除了滿足ISO 26262功能安全要求外， SoC開發(fā)團(tuán)隊(duì)和供應(yīng)鏈的其余部分（包括IP提供商），還必須遵守汽車可靠性和質(zhì)量要求。

為滿足汽車行業(yè)定義的汽車可靠性標(biāo)準(zhǔn)，必須設(shè)計(jì)和測(cè)試汽車SoC和IP，以滿足極低的缺陷密度：以百萬分之幾的缺陷數(shù)(dppm)衡量的缺陷密度。汽車行業(yè)要求小于1 dppm，鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員設(shè)定在15年產(chǎn)品生命周期內(nèi)dppm為零的目標(biāo)。滿足溫度等級(jí)是另一個(gè)可靠性要求。

對(duì)于ADAS，最高級(jí)別的工作溫度為1級(jí)，需要高達(dá)125攝氏度的環(huán)境溫度或150攝氏度的結(jié)溫。汽車供應(yīng)鏈中的每家公司都有自己設(shè)計(jì)和測(cè)試產(chǎn)品的專有溫度任務(wù)曲線。為不同ADAS應(yīng)用開發(fā)產(chǎn)品的SoC和IP設(shè)計(jì)人員，在開發(fā)過程中要考慮溫度任務(wù)曲線。此外，必須根據(jù)不同器件的溫度任務(wù)曲線考慮不同的要求，例如電遷移、晶體管老化和晶體管自熱。

總結(jié)

從分布式ECU，轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺紼CU的集成度更高的域控制器已經(jīng)是大勢(shì)所趨。由于數(shù)據(jù)量大，新型集成域控制器需要更高的計(jì)算性能、更低的功耗和更小的體積。采用64位處理器來處理大量數(shù)據(jù)需要最新的半導(dǎo)體特性、半導(dǎo)體工藝以及IP等其他技術(shù)。

由于ADAS SoC用于安全關(guān)鍵型應(yīng)用，因此設(shè)計(jì)人員必須遵守ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)。這也適用于集成到ADAS SoC中的汽車IP。設(shè)計(jì)人員可以使用已通過所需認(rèn)證流程的IP加速其SoC級(jí)認(rèn)證。

審核編輯：劉清