使用FRAM存儲器進行ADAS數(shù)據(jù)記錄 提供改進ADAS功能所需洞察力

ADAS功能需要高度專業(yè)化的傳感器、存儲器和收發(fā)器，這些傳感器、存儲器和收發(fā)器符合ASIL-B等功能安全標準。

? ? ? ?自動駕駛不僅改變了汽車行業(yè)，也改變了整個交通行業(yè)的格局。由于許多人預(yù)計全自動駕駛汽車很快就會上路，但事實證明，使其成為安全現(xiàn)實的挑戰(zhàn)比想象的要困難得多。汽車公司和監(jiān)管機構(gòu)已經(jīng)意識到，要以真正可靠的方式解決問題是多么困難。

因此，與其從整體上解決問題，不如將其分解為多個里程碑，從 1 級到 5 級。今天，我們可以在具有高度標準化布局的高速公路上找到自動駕駛能力，并有繼續(xù)改進的雄心這些能力，并最終將它們應(yīng)用于更具挑戰(zhàn)性的駕駛情況，例如鄉(xiāng)村道路。

作為向全自動駕駛邁出的一步，汽車制造商正在為其車輛添加越來越復(fù)雜的高級駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS)。它提供了諸如自動停車、自動車道變換、帶站點保持的自適應(yīng)巡航控制、盲點監(jiān)視器、駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)、防撞、交通標志識別等功能。汽車制造商喜歡這些功能，因為它們提供了產(chǎn)品差異化。駕駛員發(fā)現(xiàn)許多功能非常有用。監(jiān)管機構(gòu)之所以喜歡它們，是因為它們現(xiàn)在可以提高道路使用者的安全性，并為將來強制執(zhí)行額外的安全功能提供一個平臺。

開發(fā) ADAS 功能

開發(fā) ADAS 功能也正在成為向真正的車輛自主穩(wěn)步發(fā)展的一部分。它首先將這個非常大的整體挑戰(zhàn)分解為一系列可以單獨解決的點挑戰(zhàn)。其中許多解決方案都有一個共同點：它們對來自多個傳感器的數(shù)據(jù)有著幾乎無法抑制的渴望。這些數(shù)據(jù)提供了由強大的車載計算機融合的原材料，以創(chuàng)建車輛行駛周圍環(huán)境的內(nèi)部實時模型。反過來，這可以用作決定如何對該模型做出反應(yīng)的基礎(chǔ)。一旦最終確定了決策，就可以執(zhí)行命令以在現(xiàn)實世界中實施所選擇的反應(yīng)。

所有這些數(shù)據(jù)收集、傳感器融合、建模、決策制定和命令執(zhí)行都必須以非常高水平的確定性和對安全的高度重視實時發(fā)生。因此，實現(xiàn) ADAS 功能的實際挑戰(zhàn)之一是找到具有在汽車安全關(guān)鍵系統(tǒng)中使用所需的功能、速度和質(zhì)量水平的零件。

圖 1 需要專用芯片來處理 ADAS 設(shè)計中的大量智能傳感器。資料來源：英飛凌

在車輛 ADAS 實時場景中工作的部件包括電源管理 IC (PMIC)，旨在為與安全相關(guān)的傳感器、收發(fā)器和微控制器提供良好調(diào)節(jié)的電源。并且微控制器必須為傳感器融合應(yīng)用提供更多的計算能力。

還有 LIN 和 CANbus 收發(fā)器、專業(yè)電源調(diào)節(jié)器和保護開關(guān)，以及可用于替代機械繼電器的智能電源開關(guān)。其中許多部件都提供各種變體，滿足美國汽車電子委員會 (AEC) 的 Q100 1 級組件驗證方案的要求。一些微控制器也被證明符合 ASIL-D 功能安全規(guī)范要求，這是該方案中最嚴格的級別。

所有這些部件都必須有豐富的文檔和工具支持，從編譯器工具鏈和微控制器的自動代碼生成到第三方對調(diào)試器的支持、時序分析、校準、仿真、建模等。

ADAS 功能的許多方面都可以使用經(jīng)過調(diào)整并符合汽車使用條件的標準組件來實現(xiàn)。但是，有些設(shè)計要求可以使用為滿足特定需求而開發(fā)的新組件來滿足。

最重要的要求之一是數(shù)據(jù)記錄，以跟蹤流經(jīng) ADAS 計算機的大量信息，從而為它們提供車輛行駛環(huán)境的豐富視圖。一些開發(fā)人員正在使用大型固態(tài)設(shè)備 (SSD) 作為轉(zhuǎn)儲所有這些數(shù)據(jù)的場所。但是，SSD 的寫入速度較慢且具有磨損機制，可能無法提供適當?shù)男阅芎涂煽啃浴?/p>

用于數(shù)據(jù)記錄的 FRAM

在具有 ADAS 功能的車輛中進行大規(guī)模實時數(shù)據(jù)記錄的關(guān)鍵原因之一是捕捉出現(xiàn)問題時會發(fā)生什么。因此，開發(fā)人員可以從中吸取教訓(xùn)并阻止它再次發(fā)生。例如，一些 ADAS 實現(xiàn)并不擅長識別行人，尤其是在夜間。嚴格的數(shù)據(jù)記錄，其中所有相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)都被實時捕獲、時間戳和存儲，可以提供事件發(fā)生時發(fā)生的情況的快照。然后，它可用于推動改進 ADAS 實施的持續(xù)模型改進過程。

非易失性鐵電隨機存取存儲器 (FRAM) 可用于此目的。與閃存和 EEPROM 等傳統(tǒng)非易失性存儲器技術(shù)不同，F(xiàn)RAM （也稱為 FeRAM ）具有快速寫入時間、支持即時非易失性、與 SRAM 一樣易于尋址，而且至關(guān)重要的是，具有幾乎無限的耐用性，達到 10 14讀/寫周期。

它們的一個缺點是它們沒有其他內(nèi)存類型那么大的密度。然而，在實踐中，通過使用 FRAM 作為 ADAS 數(shù)據(jù)流的滾動緩沖區(qū)可以緩解這個問題。如果車輛斷電，F(xiàn)RAM 數(shù)據(jù)日志將保存截至該點之前可供 ADAS 計算機使用的數(shù)據(jù)的快照。

圖 2 FRAM 非常適合 ADAS 設(shè)計中的數(shù)據(jù)記錄需求。資料來源：英飛凌

此外，目前還沒有關(guān)于車輛在發(fā)生災(zāi)難性故障時應(yīng)該記錄多少數(shù)據(jù)的規(guī)定。然而，SAE International 已經(jīng)提供了關(guān)于應(yīng)該存儲什么類型的數(shù)據(jù)的指南。歐洲正在制定類似的規(guī)范。但似乎可能會要求開發(fā)人員確保他們的車輛能夠捕獲和存儲價值 5 秒的有關(guān)加速、制動力度和安全帶狀態(tài)等問題的數(shù)據(jù)，以及每輛車載 5 秒內(nèi)每秒四張圖像相機。

數(shù)據(jù)記錄內(nèi)存必須了解車輛出現(xiàn)問題時會發(fā)生什么，并提供改進 ADAS 功能所需的洞察力，這樣就不會再次發(fā)生。一種這樣的存儲芯片是EXCELON F-RAM；它針對 ADAS 中的數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用，并已通過 ASIL-B 功能安全標準。

安全伴隨著嚴謹?shù)脑O(shè)計

許多 ADAS 功能旨在通過使用復(fù)雜的傳感器融合和機器學(xué)習(xí)技術(shù)來避免危險問題，從而提高車輛及其乘客的安全性。不過，值得記住的是，這些安全功能是芯片制造商開發(fā)制造工藝、產(chǎn)品以及支持工具和軟件的嚴謹性的結(jié)果。這還包括確保組件符合相關(guān)標準和資格。

現(xiàn)在對 ADAS 來說也是如此，當自動駕駛成為現(xiàn)實時，它也將同樣如此。

——Medu Harsha 是英飛凌科技的首席應(yīng)用工程師。

——Karthik Rangarajan 是英飛凌科技的高級產(chǎn)品營銷專家。