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串行NAND在汽車電子領域的應用

NOR Flash多年來一直作為汽車的一種可靠技術,如今已應用于各種汽車系統,包括儀表集群、信息娛樂和遠程信息系統。

在這些應用程序中,這種非易失性內存為應用程序代碼提供了存儲容量,提供了可靠的操作和足夠快的讀取速度來支持實時執行(Execute-in-Place, XiP),即主機處理器直接從Flash運行代碼,繞過外部DRAM。

NOR Flash在ADAS概念的新興實現中也扮演著重要角色,ADAS概念在現有的汽車中已經實現了半自治的高速公路駕駛功能,如自適應巡航控制和車道保持。自動駕駛技術的發展速度非常快,因此在未來幾年里,越來越多的汽車程序將由包含Flash的電子系統控制。

在ADAS,以及儀表集群和其他地方,Flash是安全關鍵系統中的一個組件:這樣一個系統的任何不受控制的故障都有可能使車輛變得不安全或無法控制。為管理及減低系統未能按指定操作的風險,汽車業界已實施ISO26262功能安全標準,其中包括:

在設計階段強制要求對系統設計功能失效的方式進行嚴格分析

為整個系統指定非常低的最大故障率

要求系統可靠、快速地檢測功能故障

要求系統采用可靠的方法安全生存,并從任何可預見的功能故障中恢復

因此,汽車系統原始設備制造商開始要求開發一種新的Flash集成電路,這種電路能夠比前幾代設備更好地支持系統級的功能安全設計要求。本文研究了傳統的Flash集成電路的工作模式,并說明了新汽車串行Flash產品如果要完全支持系統設計者遵守ISO26262標準的努力,將需要提供的特征。

這些功能性的安全特性很可能在串行或閃存(目前在嵌入式系統中用于引導代碼存儲的閃存類型)和單級Cell (SLC) NAND閃存中都可以看到。實際上,對于不需要很高的程序/擦除周期,也不需要實現XiP的應用程序中的代碼存儲,串行NAND是NOR Flash的有效替代方案。華邦電子(華邦電子)的SLC NAND技術采用46nm工藝制造,該工藝已被證明是高質量,在功能性安全應用方面優于采用新的、更小的幾何形狀制造的系列NAND產品。它還提供的數據保留期可與55-65nm或閃存相媲美。

串行NAND的優勢在于其固有的低成本——一個NAND閃存單元比NOR閃存單元小四倍。與NOR Flash相比,NAND Flash的寫入時間要短得多,因此在執行無線(OTA)軟件更新的系統中,它是一項有價值的技術。由華邦電子提供的車載糾錯碼(ECC)引擎和支持跨頁面和塊邊界的高速連續/順序讀取能力,串行NAND現在正被汽車功能安全應用程序的設計者納入考慮范圍。

診斷數據的重要性

需要說明的是,NOR閃存技術非常可靠,而且設備的運行壽命是可預測的。而Flash集成電路沒有在該領域證明自己的品質,汽車原始設備制造商對這項技術的偏愛是基于其在當今道路上數百萬輛汽車上的使用經驗。ISO 26262標準規定了四個“ASIL”等級(汽車安全完整性等級)的可靠性和其他參數。最嚴格的等級ASIL-D適用于最安全關鍵的系統,如轉向系統或剎車系統,它將系統級的最大故障率設置為<10 FIT(在時間上的故障),即每十億個設備小時的故障率。

單點和潛在故障的最低檢出率,以及ISO 26262標準規定的最大故障率

盡管如此,汽車制造商為遵循ISO 26262的合規性,要求找到一種方法來識別NOR閃存IC理論上仍然可能發生的任何故障。在傳統設備中,用戶無法獲得維持數據完整性和數據保留的功能。這種封閉操作與功能安全原則相沖突,功能安全原則要求主機系統監視部件的故障,或監視表明可能發生故障的不正常行為,并執行旨在保持正常功能的應對措施。

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