Arm平臺(tái)助力未來(lái)汽車功能安全

作者：Arm 汽車事業(yè)部功能安全產(chǎn)品主管 Madhusudan Rao

隨著消費(fèi)者對(duì)更安全、更智能且高度網(wǎng)聯(lián)的汽車需求日益增長(zhǎng)，汽車行業(yè)正經(jīng)歷快速變化。同時(shí)，由于自動(dòng)駕駛、電動(dòng)汽車以及先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 的興起，汽車系統(tǒng)的整體復(fù)雜性顯著增加。我們必須應(yīng)對(duì)這些新的安全挑戰(zhàn)，在提供優(yōu)質(zhì)駕駛體驗(yàn)的同時(shí)確保最終用戶的安全。

什么是功能安全?

功能安全對(duì)于確保系統(tǒng)在響應(yīng)輸入時(shí)能夠正確運(yùn)行至關(guān)重要，尤其在汽車和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。它通過(guò)采用嚴(yán)格的流程和標(biāo)準(zhǔn)，在降低殘余風(fēng)險(xiǎn)方面發(fā)揮了重要作用。這一機(jī)制確保了系統(tǒng)在各種條件下能夠安全運(yùn)行，包括防止因車輛中電子電氣 (E/E) 系統(tǒng)故障而導(dǎo)致不可接受的風(fēng)險(xiǎn)。

功能安全的目標(biāo)是確保車輛能夠正確處理輸入信息，從而防止故障并保障乘客安全。為達(dá)成此目標(biāo)，必須遵循以下關(guān)鍵原則，以便在汽車行業(yè)中構(gòu)建功能安全的產(chǎn)品。

汽車功能安全的首要考慮因素

構(gòu)建正確的安全設(shè)計(jì)

在為產(chǎn)品構(gòu)建安全設(shè)計(jì)時(shí)，必須滿足嚴(yán)格的安全要求和目標(biāo)，以減少潛在危險(xiǎn)。關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮因素包括實(shí)施冗余、多樣性、軟件測(cè)試庫(kù) (STL) 執(zhí)行以及安全狀態(tài)設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的可靠性。Arm 最新的汽車增強(qiáng) (AE) 產(chǎn)品組合提供可擴(kuò)展的定制化解決方案，以滿足特定的安全要求。

符合標(biāo)準(zhǔn)

基于目標(biāo)解決方案的產(chǎn)品必須符合相關(guān)法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)。例如，ADAS 解決方案應(yīng)遵守 UNECE GSR 以及 ISO 26262、ISO 21448 (SOTIF) 和 ISO 21434 等標(biāo)準(zhǔn)，以確保功能安全與信息安全之間的關(guān)聯(lián)性。

從 Arm AE 產(chǎn)品角度來(lái)看，符合 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于汽車生命周期安全至關(guān)重要，是支撐合作伙伴解決方案的基石。Arm 的安全就緒解決方案采用“安全優(yōu)先”的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合先進(jìn)的安全機(jī)制和全面的安全包來(lái)幫助合作伙伴滿足 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)。

風(fēng)險(xiǎn)管理

為了構(gòu)建功能安全系統(tǒng)，必須從整車層面進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，以執(zhí)行危害分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 (HARA) 以及失效模式與影響分析 (FMEA)。這些系統(tǒng)分析工具有助于開(kāi)發(fā)穩(wěn)健的系統(tǒng)和組件，其中一些對(duì)于 Arm AE 處理器尤為關(guān)鍵，包括 Arm Cortex-A 和 Cortex-R 系列處理器。

驗(yàn)證和確認(rèn)

嚴(yán)格的測(cè)試至關(guān)重要，包括硬件在環(huán) (HIL) 和軟件在環(huán) (SIL) 仿真。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Arm 及其合作伙伴積極構(gòu)建虛擬平臺(tái)，以提早開(kāi)展軟件開(kāi)發(fā)，從而縮短開(kāi)發(fā)周期，并確保能夠在各種車型上實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的再部署。

供應(yīng)商管理

整車廠與一級(jí)供應(yīng)商之間的高效溝通至關(guān)重要。Arm 生態(tài)系統(tǒng)涵蓋了與汽車行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的合作，確保各方能夠順暢地獲取必要的工具、資源和專業(yè)知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)高效的供應(yīng)商管理。

生命周期管理

推行安全文化和實(shí)施持續(xù)改進(jìn)流程對(duì)于維持高安全標(biāo)準(zhǔn)不可或缺。Arm Flexible Access 方案使整車廠和一級(jí)供應(yīng)商能夠以經(jīng)濟(jì)高效的方式評(píng)估不同的 IP 計(jì)算平臺(tái)，從而更明智地選擇供應(yīng)商提供的系統(tǒng)級(jí)芯片 (SoC)。

文檔記錄和可追溯性

保存詳盡的文檔并確保安全要求的可追溯性是關(guān)鍵所在。借助我們的合作伙伴計(jì)劃，Arm 提供全面支持，并通過(guò)行業(yè)領(lǐng)先的安全解決方案，助力實(shí)現(xiàn)功能安全合規(guī)，以支持 Arm AE 產(chǎn)品組合。

為合適的用例選擇對(duì)的技術(shù)

功能安全要求因用例而異。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)要求達(dá)到 ASIL D 完整性等級(jí)，而重要性低一些的系統(tǒng)可能只需達(dá)到 ASIL B 等級(jí)。Arm 參考設(shè)計(jì) RD-1 AE (Arm Reference Design-1 AE) 面向汽車領(lǐng)域，提供高性能 Arm Neoverse V3AE CPU 和基于 Cortex-R82AE 的安全島，可實(shí)現(xiàn)額外的安全監(jiān)測(cè)。Cortex-R82AE 處理器滿足 ASIL D 要求，具有高可靠性。

選擇合適的技術(shù)是極其必要的。Arm 提供針對(duì)不同安全需求量身定制的計(jì)算解決方案。Cortex-R 處理器專為安全島和實(shí)時(shí)汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)，而 Cortex-A 處理器可處理復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，例如利用分核、鎖步和混合模式的自動(dòng)駕駛功能。推薦閱讀《探索 Arm 分核、鎖步與混合模式：汽車安全用例解析》一文，了解更多相關(guān)信息。

軟件的重要作用

軟件對(duì)于優(yōu)化汽車行業(yè)的功能安全和確保出色的駕駛體驗(yàn)至關(guān)重要。Arm STL 提供全面的測(cè)試和驗(yàn)證工具來(lái)增強(qiáng)汽車應(yīng)用的安全性。這些庫(kù)可幫助開(kāi)發(fā)者確保他們的軟件符合汽車行業(yè)的嚴(yán)格安全標(biāo)準(zhǔn)。

Arm 的功能安全運(yùn)行時(shí)系統(tǒng) (FuSa RTS) 是一套經(jīng)過(guò)認(rèn)證的軟件組件，可減少在各種嵌入式應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)最終安全認(rèn)證所花費(fèi)的時(shí)間和精力。該系統(tǒng)包括一個(gè)穩(wěn)健的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (RTOS)、一個(gè)獨(dú)立的處理器抽象層和一個(gè)由 Arm 架構(gòu)專家針對(duì) Cortex-M 處理器高度優(yōu)化且驗(yàn)證過(guò)的 C 語(yǔ)言代碼庫(kù)。它針對(duì)功能安全編譯器和我們的嵌入式工具鏈 Arm Keil MDK 的原生使用進(jìn)行了優(yōu)化。

此外，Arm 依托龐大的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)（包括 SOAFEE 成員）來(lái)構(gòu)建功能安全和汽車安全軟件應(yīng)用。

Arm 平臺(tái)是未來(lái)汽車安全的基石

隨著汽車行業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新，功能安全的重要性只會(huì)不斷提升。新的 Arm AE 處理器基于 Armv9 架構(gòu)，為汽車應(yīng)用帶來(lái)了服務(wù)器級(jí)別的性能和先進(jìn)的安全功能，確保未來(lái)的汽車能夠滿足日益增長(zhǎng)的自動(dòng)化和網(wǎng)聯(lián)化需求。Arm AE 處理器靈活高效，可將安全關(guān)鍵型計(jì)算任務(wù)的效率提高多達(dá) 30%，為未來(lái)的汽車創(chuàng)新奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

30 多年來(lái)，Arm 一直是汽車行業(yè)安全計(jì)算領(lǐng)域值得信賴的領(lǐng)導(dǎo)者。Arm AE 產(chǎn)品組合為我們的合作伙伴提供了一組豐富的選項(xiàng)，無(wú)論解決方案中不同處理單元的定位是達(dá)到 ASIL B 等級(jí)還是具備完整的 ASIL D 功能，都能滿足需求。此外，憑借完善的生態(tài)系統(tǒng)，我們正在打造全棧軟件解決方案，運(yùn)行在最新的 Arm AE 產(chǎn)品上，涵蓋眾多汽車應(yīng)用，包括區(qū)域控制、車載信息娛樂(lè) (IVI)、ADAS 和自動(dòng)駕駛系統(tǒng) (ADS)。再結(jié)合 Arm 的配套軟件（包括 STL 和 SystemReady），可實(shí)現(xiàn)廣泛的功能安全特性，并針對(duì)汽車計(jì)算系統(tǒng)所需的安全功能優(yōu)化性能、功耗和面積 (PPA)。憑借軟件和硬件創(chuàng)新的強(qiáng)大組合，Arm 平臺(tái)將為現(xiàn)在和未來(lái)的汽車安全保駕護(hù)航。