NOR型快閃存儲(chǔ)器或融入汽車體系

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)，華邦正把與安全相關(guān)的系統(tǒng)功能整合于針對(duì)車用市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的NOR型快閃存儲(chǔ)器系列，進(jìn)一步符合國(guó)際ISO26262規(guī)范的汽車安全完整性標(biāo)準(zhǔn)…

長(zhǎng)久以來(lái)， NOR型快閃存儲(chǔ)器(flash)一直在汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)零組件中扮演著一個(gè)十分值得重要且值得信賴的角色。如今，這個(gè)產(chǎn)品早已被廣泛的應(yīng)用在儀表板(instrument cluster)，中央控制臺(tái)和車載資通訊系統(tǒng)(Infotainment)上(請(qǐng)參考圖1) 。

在這些應(yīng)用中，NOR型快閃存儲(chǔ)器不僅僅提供了可靠的存放空間，還能讓存放于其中的應(yīng)用 程式更加快速的執(zhí)行。微處理器甚至可以不需要透過(guò)額外的動(dòng)態(tài)隨機(jī)儲(chǔ)存存儲(chǔ)器就能夠直接 【現(xiàn)地執(zhí)行】(XiP)。

在可見(jiàn)的未來(lái)幾年內(nèi)，汽車產(chǎn)業(yè)必將邁入自動(dòng)駕駛的新紀(jì)元。而為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)是不可或缺的一個(gè)重要關(guān)鍵系統(tǒng)。例如，自動(dòng)巡航、自動(dòng)車道維持、自動(dòng)煞車系統(tǒng)等等。而在這些先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)中，都可以見(jiàn)到NOR型快閃存儲(chǔ)器的身影。

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)階段，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(Audio) TT的視覺(jué)化儀表板。NOR型存儲(chǔ)器被廣泛的應(yīng)用在車子啟動(dòng)后需要快速顯示的儀表板中。

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型快閃存儲(chǔ)器芯片的操作模式中，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型快閃存儲(chǔ)器 (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)程序碼的快閃存儲(chǔ)器)和SLC NAND型快閃存儲(chǔ)器中都可能會(huì)出現(xiàn)。如果不要求高數(shù)量的擦寫次數(shù)且不需要實(shí)現(xiàn)XiP【現(xiàn)地執(zhí)行】功能，Serial NAND實(shí)際上是NOR型存儲(chǔ)器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Serial NAND制造商，提供了更高的品質(zhì)、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型快閃存儲(chǔ)器(55-65奈米)擁有相同的水準(zhǔn)。

Serial NAND的優(yōu)勢(shì)在于他的低成本：每一存儲(chǔ)器位元比NOR型快閃存儲(chǔ)器小上四倍。華邦提供內(nèi)含錯(cuò)誤糾正功能【ECC】的Serial NAND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Serial NAND記憶芯片。

在汽車電子領(lǐng)域中，NOR型快閃存儲(chǔ)器經(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)立元件等級(jí)的NOR型快閃存儲(chǔ)器的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型快閃存儲(chǔ)器對(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)存于其中的資料做任何的確認(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)存于存儲(chǔ)器中的資料是否正確進(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型快閃存儲(chǔ)器必須能提供讓主控芯片可以診斷偵測(cè)內(nèi)部資料的功能來(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)。它能在讀取資料的時(shí)候，偵測(cè)并修正錯(cuò)誤資料以保持資料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型快閃存儲(chǔ)器上，ECC通常是在背景執(zhí)行偵測(cè)并且修正資料錯(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)作和資料糾正的狀態(tài)與結(jié)果。以下三種狀況就是有可能會(huì)回饋的資訊之一：

資料是正確的，不需錯(cuò)誤校正。經(jīng)過(guò)校正后，資料是正確的。資料錯(cuò)誤且無(wú)法被校正。有了這些資訊，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)要能即時(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型快閃存儲(chǔ)器提供了一個(gè)能夠即時(shí)送出資料異常訊號(hào)的腳位。這個(gè)腳位能夠明確的提供無(wú)法被糾正的資料位置資訊。同時(shí)，也有一個(gè)選項(xiàng)提供給使用者，可以設(shè)定這個(gè)資料異常訊號(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)寄存器和資料異常腳位的資訊，系統(tǒng)端就能主動(dòng)的對(duì)存儲(chǔ)器中的資料狀態(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)存儲(chǔ)器重復(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型快閃存儲(chǔ)器理論上并不會(huì)發(fā)生位元錯(cuò)誤，所以ECC運(yùn)算電路并不會(huì)做動(dòng)。但如果ECC電路發(fā)生了錯(cuò)誤，再加上NOR本身發(fā)生了位元錯(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型快閃存儲(chǔ)器提供了特殊的功能，能讓使用者輸入資料并檢查ECC電路運(yùn)算是否正確。同樣地，使用者也能借由輸入資料來(lái)驗(yàn)證單一位元錯(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型快閃存儲(chǔ)器系列中。華邦車用3V四通道 NOR型快閃存儲(chǔ)器產(chǎn)品系列已經(jīng)能提供高達(dá)80MB/s的資料傳輸速率的，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八通道NOR型快閃存儲(chǔ)器產(chǎn)品系列，擁有高達(dá)300MB/s資料傳輸率的產(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Serial NAND產(chǎn)品系列。華邦的Serial NAND產(chǎn)品系列都擁有了狀態(tài)寄存器可以讓系統(tǒng)知道目前資料是否已經(jīng)被ECC糾正、ECC做動(dòng)的狀況以及資料是否不能被糾錯(cuò)(如圖3所示)。

圖3：華邦的串列NAND可以從status register得知ECC的狀態(tài)

華邦，做為一家專業(yè)的存儲(chǔ)器供應(yīng)商，讓系統(tǒng)研發(fā)者都能在華邦所提供的SPI NOR或Serial NAND存儲(chǔ)器中，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。