滿足汽車與工業(yè)應(yīng)用的功能安全要求

工業(yè)系統(tǒng)通常控制工人附近的流程或機(jī)械設(shè)備。這使得工業(yè)系統(tǒng)安全至關(guān)重要，工業(yè)系統(tǒng)的故障會對系統(tǒng)附近的人員和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重后果。因此，我們通常將這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)成單個(gè)故障不會構(gòu)成危險(xiǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們經(jīng)常在硬件和軟件中實(shí)現(xiàn)眾多與安全相關(guān)的功能。

雖然大多數(shù)安全功能確實(shí)是在系統(tǒng)級實(shí)現(xiàn)的，但安全關(guān)鍵型系統(tǒng)能夠從組件級實(shí)現(xiàn)中受益，而組件級實(shí)現(xiàn)有助于系統(tǒng)級實(shí)現(xiàn)。Flash組件中實(shí)現(xiàn)的安全功能使MPU/MCU和SPI總線無需定期讀取Flash內(nèi)容，從而確定其內(nèi)容的完整性(參見汽車與工業(yè)應(yīng)用的功能安全性)。

與眾多半導(dǎo)體產(chǎn)品一樣，NOR Flash已經(jīng)從其最初的狹窄應(yīng)用范圍演變?yōu)閹в蓄~外的邏輯IP和固件的處理器核，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供高級功能。與NAND Flash相比，NOR Flash使用相對較大的存儲單元，以提供高耐用性和較長的數(shù)據(jù)保留時(shí)間。結(jié)合字節(jié)尋址架構(gòu)，NOR Flash理想適用于啟動(dòng)代碼，包括就地執(zhí)行系統(tǒng)和交易數(shù)據(jù)。工廠自動(dòng)化等應(yīng)用需要Flash存儲器在性能、可靠性和故障安全操作方面進(jìn)行優(yōu)化。本文介紹了當(dāng)今NOR Flash設(shè)備中最具影響力的功能安全特性，這些特性專為安全關(guān)鍵型應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

1.糾錯(cuò)碼(ECC)：存儲器可能會遇到軟錯(cuò)誤或硬錯(cuò)誤。硬錯(cuò)誤一旦出現(xiàn)就是永久性的。它是由硅中缺陷、受擾瑕疵點(diǎn)或封裝的金屬化因?yàn)槔匣?、振?dòng)或環(huán)境壓力引起的。軟錯(cuò)誤是由帶電粒子、輻射或宇宙射線引起的。當(dāng)閃存單元受此類錯(cuò)誤影響時(shí)，讀取的數(shù)據(jù)將被破壞并可能影響應(yīng)用的功能。NOR Flash器件通過在存儲器陣列編程期間生成嵌入式ECC來支持單錯(cuò)校正雙錯(cuò)檢測(SECDED)。隨后，該ECC用于在讀取操作期間進(jìn)行錯(cuò)誤檢測和校正。

2.數(shù)據(jù)CRC：此外，為功能安全應(yīng)用設(shè)計(jì)的NOR Flash也實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)CRC功能。它在用戶定義的地址范圍內(nèi)執(zhí)行循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)計(jì)算。CRC進(jìn)程計(jì)算從起始地址到結(jié)束地址所包含的數(shù)據(jù)的檢查值，來檢測系統(tǒng)啟動(dòng)期間或每個(gè)用戶命令中的任何故障。

3.接口CRC：現(xiàn)代NOR Flash器件是高頻存儲器，支持高達(dá)200MHz的雙倍數(shù)據(jù)速率。原始數(shù)據(jù)可能由于噪聲信道或發(fā)送器、接收器或兩者引入的錯(cuò)誤而被破壞。為了使系統(tǒng)安全運(yùn)行，主機(jī)和從設(shè)備之間通信的一個(gè)最關(guān)鍵的方面是確保傳輸信息的完整性。專為功能安全應(yīng)用而設(shè)計(jì)的NOR Flash具有接口CRC，這是一種設(shè)備用錯(cuò)誤檢測代碼，用于檢測主機(jī)和存儲器之間數(shù)據(jù)傳輸過程中的意外故障。

4.SafeBoot-啟動(dòng)故障恢復(fù)：眾多工業(yè)應(yīng)用使用NOR Flash來存儲啟動(dòng)期間使用的代碼。如果NOR Flash設(shè)備本身無法正確啟動(dòng)，那么就可能無法正確地實(shí)現(xiàn)各自應(yīng)用的初始化。為了防止出現(xiàn)這種情況，NOR Flash將保持忙碌狀態(tài)或在啟動(dòng)故障時(shí)通過狀態(tài)寄存器報(bào)告啟動(dòng)故障。

5.配置數(shù)據(jù)損壞：在非易失性配置寄存器更新期間發(fā)生斷電或硬件重置，意味著用于配置設(shè)備的非易失性配置數(shù)據(jù)可能已被破壞。NOR Flash能夠檢測到已損壞的配置，并進(jìn)入可以訪問設(shè)備的默認(rèn)模式。

6.高級扇區(qū)保護(hù)(ASP)：如果主機(jī)發(fā)送的編程/擦除交易中的位由于噪聲信道或隨機(jī)故障而發(fā)生更改，那么Flash設(shè)備可能會對不正確的扇區(qū)執(zhí)行操作，這可能會導(dǎo)致系統(tǒng)操作故障。NOR Flash可實(shí)現(xiàn)扇區(qū)保護(hù)功能，保護(hù)任意扇區(qū)免受意外編程和擦除操作的影響。

7.扇區(qū)擦除功率損耗檢測：在傳統(tǒng)的Flash設(shè)備中，如果在系統(tǒng)執(zhí)行扇區(qū)擦除操作時(shí)發(fā)生電源故障，系統(tǒng)仍然不知道相應(yīng)扇區(qū)擦除操作的狀態(tài)。這在需要功能安全的應(yīng)用中可能存在問題。針對這些應(yīng)用優(yōu)化的NOR Flash為每個(gè)扇區(qū)可實(shí)現(xiàn)擦除功率損耗指示器，以在扇區(qū)擦除期間標(biāo)記斷電事件。

8.安全重置：在Flash設(shè)備停止對主機(jī)/系統(tǒng)做出響應(yīng)的情況下，安全重置功能可以初始化SPI Flash硬件重置，這與使用現(xiàn)有的SPI信號的設(shè)備操作狀態(tài)無關(guān)：芯片選擇(CS#)、串行時(shí)鐘(CK)和串行輸入(SI/DQ0)。

9.耐用性/保留分區(qū)：所有閃存都會受到物理降解的影響，最終可能導(dǎo)致設(shè)備故障。某些工業(yè)功能需要高耐用性，而其他功能需要在Flash設(shè)備中具備較高的數(shù)據(jù)保留，較低的數(shù)據(jù)保留或耐用性可能會影響系統(tǒng)功能。通過耐用性/保留分區(qū)(例如在賽普拉斯的EnduraFlex架構(gòu)中所實(shí)現(xiàn)的那樣)，可以將單個(gè)NOR Flash分成多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)都獨(dú)立配置，以實(shí)現(xiàn)高耐用性或較長保留。對于頻繁的數(shù)據(jù)寫入，可以將分區(qū)配置成為512Mb密度部件提供高達(dá)128萬個(gè)編程擦除周期，并為1Gb部件提供256萬個(gè)周期。對于代碼與配置存儲，可以將分區(qū)配置為保留數(shù)據(jù)25年。

與NAND Flash相比，NOR Flash在存儲引導(dǎo)、應(yīng)用代碼以及應(yīng)用數(shù)據(jù)方面更受歡迎。NOR Flash產(chǎn)品種類繁多。選擇專為功能安全應(yīng)用而設(shè)計(jì)的NOR Flash可提供架構(gòu)優(yōu)勢，并有助于加速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級功能安全。