如何依靠MCU與高級駕駛輔助系統(tǒng)實現(xiàn)道路安全

無論喜歡還是厭惡，汽車行業(yè)正在不可阻擋地靠近自動駕駛汽車，原因不是讓駕駛者的生活更簡單，而是試圖消除道路上的碰撞。隨著試驗的進行，自治道路上的速度顛簸不太可能是技術(shù)性的，更有可能是訴訟。然而，整個行業(yè)致力于實現(xiàn)交通運輸?shù)男聲r代。

為了應(yīng)對現(xiàn)在由各種日益復雜的高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）出現(xiàn)但不斷增長的需求。汽車制造商現(xiàn)在可以和/或正在開發(fā)同樣復雜的集成解決方案。這些設(shè)備對于支持這一步驟變化至關(guān)重要，特別是在提供真正自動駕駛汽車所需的安全性，安全性和支持的組合方面。其中許多元素現(xiàn)在都集成在一個設(shè)備中，部分是為了滿足商業(yè)要求，部分是為了符合國際公認的安全標準。

能力滿足意志

通向完全自治的道路很長，蜿蜒，滿載在路上的無符號叉子;到達那里需要一段時間。然而，這并不意味著它不會發(fā)生，事實上它幾乎是確定的，因為它背后的動力等于對它的好處的預期。自動駕駛汽車“可以”將道路交通事故減少到零，并且在控制車輛的能力已經(jīng)離開駕駛員之后很長時間內(nèi)讓人口老化持續(xù)獨立。許多（如果不是全部）保險公司已經(jīng)開始對這將如何影響保險業(yè)進行廣泛的研究。目前，駕駛員在控制汽車時被認為是負責他們是否正在使用ADAS功能（例如自適應(yīng)巡航控制或自動緊急制動）。如果保險公司想證明其他情況，他們必須向汽車制造商提出索賠。然而，一旦完全自治到來，在某些情況下，駕駛員在駕駛時（例如，使用電話或瀏覽互聯(lián)網(wǎng)）可能會被合法地分散注意力。這引起了保險業(yè)的許多問題。

這項技術(shù)已經(jīng)在這里，但它必須經(jīng)過測試和重新測試，然后才能應(yīng)用于日常駕駛員。當然，測試正在進行中，這隱含地意味著技術(shù)可用，并且有趣的是，它在很大程度上是生產(chǎn)就緒的。確保完全安全的標準可能無法獲得，但是那些 - 像ISO 26262 ASIL-D - 以及過去和現(xiàn)在的研究項目 - 如EVITA（電子安全車輛入侵保護應(yīng)用）已經(jīng)幫助塑造了半導體制造商在開發(fā)集成解決方案時所采取的方向。

這些功能中的一些是特定于安全的，而不是汽車專用的，這使得集成設(shè)備制造商（IDM）實現(xiàn)它們在商業(yè)上更具可行性。因此，許多功能現(xiàn)在在許多與安全和/或安全相關(guān)的應(yīng)用程序中很常見。

鎖步執(zhí)行

軟件在當今的大多數(shù)應(yīng)用程序中起著主要作用，但是在安全關(guān)鍵的情況下，控制機械系統(tǒng)的代碼的可靠執(zhí)行變得更加重要。出于這個原因，大多數(shù)用于安全關(guān)鍵應(yīng)用的設(shè)備都實現(xiàn)了鎖定操作的雙處理器;代碼同時在兩個處理器上執(zhí)行，但通常一個或兩個指令異相。這可以保護系統(tǒng)免受主處理器上的單個故障導致系統(tǒng)范圍的故障。這是ARM Cortex-R系列處理器支持的功能，德州儀器（TI）的汽車級TMS570LS1227就是一個例子，它具有同步運行的雙Cortex-R4F內(nèi)核。功能框圖如圖1所示。

圖1：TMS570LS1227的功能框圖，采用德州儀器（TI）的鎖步ARM Cortex-R4F內(nèi)核。

以鎖步方式運行的處理器通常執(zhí)行來自相同受保護ECC（糾錯碼）內(nèi)存的代碼。 TMS570LS1227具有1.25 MB閃存和192 KB RAM，具有單比特糾錯和雙比特錯誤檢測功能。 CPU和內(nèi)存BIST（內(nèi)置自測）邏輯也集成在一起。 Cortex核心的R術(shù)語表示“實時”，這對于安全關(guān)鍵應(yīng)用（如ADAS）至關(guān)重要。 TI器件以此為基礎(chǔ)，集成了面向基于實時控制的應(yīng)用的外設(shè)，其中包括兩個下一代高端定時器（N2HET）定時協(xié)處理器。 N2HET是一個軟件控制的定時器，使用帶有專用定時器微機械和I/O端口的RISC架構(gòu)實現(xiàn)。它可用于PWM輸出，捕獲或比較，或用作GPIO。 TI表示，它特別適用于需要多個傳感器信息的應(yīng)用以及需要驅(qū)動具有復雜和精確時間脈沖的執(zhí)行器的應(yīng)用。具有內(nèi)置存儲器保護單元（MPU）的高端定時器傳輸（HTU）可以執(zhí)行DMA類型的事務(wù)，以將N2HET數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鞔鎯ζ骰驈闹鞔鎯ζ鱾鬏擭2HET數(shù)據(jù)。

ADAS要求

雙核設(shè)備的使用可以追溯到Cortex-R系列之前，當然也是汽車應(yīng)用中最廣泛部署的內(nèi)核之一（以及和其他人一樣）是權(quán)力核心?，F(xiàn)在，對于新設(shè)計的廣泛采用，它仍然受到許多針對汽車應(yīng)用的制造商的支持（其中大多數(shù)也提供基于ARM的解決方案）。

一個例子是STMicroelectronics的SPC56XL60/54，它也支持鎖步執(zhí)行，但它進一步復制硬件功能以創(chuàng)建它所謂的“復制領(lǐng)域”（SoR）并包括關(guān)鍵組件，包括e200z4d內(nèi)核，eDMA和縱橫開關(guān)（圖2）。結(jié)合多種BIST和MPU功能，電源管理，循環(huán)冗余校驗和復制安全增強型看門狗功能使SPC56XL60/54能夠滿足SIL3/ASIL-D標準。

圖2：STMicroelectronics的SPC56XL60/54的框圖，其中包含關(guān)鍵組件的復制范圍，包括CPU內(nèi)核，eDMA和交叉開關(guān)。

這兩個內(nèi)核都支持定點和浮點執(zhí)行，完全支持Power Architecture指令集和可變長度編碼（VLE），允許它混合32位和16位指令以優(yōu)化代碼密度。 XBAR多端口交叉開關(guān)支持四個主端口和三個從端口之間的同時連接，支持32位地址總線和64位數(shù)據(jù)總線。

目前使用最迅速采用的ADAS功能之一就是所謂的Birds'Eye View停車輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用多個攝像頭創(chuàng)建虛擬實時視頻流，了解鳥類可能看到的內(nèi)容在車上。這樣的系統(tǒng)使用多達五個廣角鏡頭，其流必須被校正和組合以創(chuàng)建虛擬視點。對這種系統(tǒng)中的處理元件的要求可能不像某些更自主的應(yīng)用那樣具有安全關(guān)鍵性，但對運行中的安全性的要求也不低。此類應(yīng)用中使用的器件示例是飛思卡爾的MPC5604E，它與專為汽車底盤和安全應(yīng)用而設(shè)計的MPC5604P系列相關(guān)。因此，MPC5604E共享大部分核心平臺和基礎(chǔ)架構(gòu)，但具有不同的功能IP塊，以允許它以網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)為目標。這種ADAS中的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)用于通過以太網(wǎng)快速移動來自不同源的數(shù)據(jù)。如圖3所示，該體系結(jié)構(gòu)專為此類應(yīng)用程序而設(shè)計。

圖3：飛思卡爾的MPC5604E針對特定的ADAS解決方案。

結(jié)論

雖然汽車在過去100年左右的時間里經(jīng)過精煉以提高效率，安全性和舒適性 - 無論是內(nèi)部還是外部 - 它從未在規(guī)模上面臨變化自治會帶來。從簡單的輔助到完全無人駕駛，現(xiàn)在可用的系統(tǒng)和正在開發(fā)的系統(tǒng)將為行業(yè)和消費者帶來巨大的飛躍。

零事故，減少擁堵和幾乎無限的移動能力的前景意味著在未來，我們都可能渴望自動駕駛汽車。由于各種原因，它現(xiàn)在并將繼續(xù)受到來自整個社會的抵制，但這似乎不太可能停止和扭轉(zhuǎn)這個特定的可移動物體的行進方向。技術(shù)就在這里，今天。正在進行試驗，世界上一些地區(qū)已經(jīng)將自動駕駛汽車推向法律，所有這些都融合在一起，為整個行業(yè)創(chuàng)造了巨大的機會。