一文講透從IP層面如何實(shí)現(xiàn)汽車功能安全

　　如今，汽車行業(yè)變革迅猛，汽車的設(shè)計(jì)、使用和銷售模式都在快速演變。駕駛員安全技術(shù)、交通擁堵、環(huán)境問題及汽車作為代步工具的基本前提都影響著新一代汽車的研發(fā)。為解決這些難題，很多汽車廠商都試圖強(qiáng)化計(jì)算能力以優(yōu)化車輛控制。

　　歐盟新車安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)（EuroNCAP）頒布的新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，車道變換支持等安全輔助功能是獲得五星安全評(píng)級(jí)的必要條件。車載處理器的數(shù)量在所有細(xì)分市場(chǎng)都穩(wěn)步上升，目前平均為40-50個(gè)，而一些高端車型則已經(jīng)搭載近120個(gè)處理器。

　　據(jù)Semicast Research預(yù)測(cè)，到2022年，僅發(fā)動(dòng)機(jī)引擎罩下的電子控制單元（ECU）組件就將達(dá)到近860億美元的市場(chǎng)規(guī)模，相較2015年的530億年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到7%。半導(dǎo)體廠商將有機(jī)會(huì)在汽車電子領(lǐng)域挖掘一大桶金。

　　高科技芯片可以改善動(dòng)力系統(tǒng)排放、增強(qiáng)安全性能、并利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車輛間及道路基礎(chǔ)設(shè)施之間的互聯(lián)。但是，隨著系統(tǒng)的復(fù)雜化，保證駕駛員安全就變得更為關(guān)鍵，必須打造更加自動(dòng)化，系統(tǒng)化，且能患于未然的解決方案——即我們通常所稱的“功能安全”。

　　什么是功能安全

　　簡(jiǎn)而言之，功能安全的最終目的是確保產(chǎn)品安全運(yùn)行，即便出現(xiàn)問題也可以繼續(xù)保駕護(hù)航?；谶@一理念，ARM將保證安全視為頭等大事，而非單純依照市場(chǎng)導(dǎo)向隨波逐流，不斷加強(qiáng)研發(fā)，推出更多功能安全相關(guān)產(chǎn)品。

　　各行各業(yè)都會(huì)制定標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)未來(lái)發(fā)展并限定最低準(zhǔn)入門檻。在汽車電子行業(yè)，這一標(biāo)準(zhǔn)就是ISO 26262，它將功能安全定義為：“避免因電氣／電子系統(tǒng)故障而導(dǎo)致的不合理風(fēng)險(xiǎn)”。

　　不同領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)并不完全一致，例如針對(duì)電氣和電子系統(tǒng)的IEC 61508以及飛行器電子硬件的DO-254都有各自的定義方式。更需值得注意的是，它們都擁有專用術(shù)語(yǔ)，并提供了包括目標(biāo)參數(shù)在內(nèi)的工程研發(fā)指導(dǎo)。因此，開始產(chǎn)品研發(fā)前確定目標(biāo)市場(chǎng)并制定合適的流程至關(guān)重要，因?yàn)橹型拘薷难邪l(fā)流程必然會(huì)導(dǎo)致效率低下。圖1展示了硅片IP的不同應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際操作中，如果需要滿足多套標(biāo)準(zhǔn)，則可以求同存異，先列出專屬需求，再執(zhí)行質(zhì)量管理等通用準(zhǔn)則；最一開始就要做到安全第一。

　　圖1：硅片IP的功能安全標(biāo)準(zhǔn)

　　實(shí)際操作中，功能安全系統(tǒng)必須由獨(dú)立評(píng)估員認(rèn)證，符合所有安全標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)功能安全需要具備預(yù)測(cè)能力的故障模式，實(shí)時(shí)判斷系統(tǒng)狀態(tài)是功能完整、部分功能損壞、還是系統(tǒng)必須關(guān)閉進(jìn)行重啟或重置。

　　并不是所有故障都會(huì)立刻引發(fā)嚴(yán)重事故。比如，汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障可能會(huì)導(dǎo)致突發(fā)性的錯(cuò)誤轉(zhuǎn)向，但是由于電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)天然的時(shí)間延遲，故障并不會(huì)馬上產(chǎn)生后果，這一延遲通常是幾毫秒以上，ISO 26262將之定義為容錯(cuò)時(shí)間間隔，間隔長(zhǎng)短取決于潛在的事故類型和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。所以，不難理解，對(duì)系統(tǒng)安全要求越高，產(chǎn)生不安全事件的故障就越應(yīng)該避免。

　　理想情況下，功能安全不會(huì)影響系統(tǒng)性能；但現(xiàn)實(shí)生活中，現(xiàn)行的許多安全措施都會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能、功率和面積（PPA）。如何在保證功能安全的前提下減輕對(duì)系統(tǒng)性能的不利影響以及設(shè)計(jì)制造成本的上升，是設(shè)計(jì)師們面臨的一大難題。

　　為什么需要功能安全

　　芯片IP的功能安全曾是非常小眾的領(lǐng)域，只有少數(shù)汽車、工業(yè)、航空航天和其他類似市場(chǎng)的芯片與系統(tǒng)開發(fā)商感興趣。然而，隨著過(guò)去幾年各類汽車應(yīng)用的興起，情況已經(jīng)發(fā)生巨大變化。除了汽車外，還有很多其他行業(yè)也能從電子器件的增加受益，當(dāng)然保障功能安全是大前提。醫(yī)療電子和航空就是兩個(gè)典型例子。

　　自動(dòng)駕駛過(guò)去幾年吸引了不少人的眼球，但一直是霧里看花；如今，隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）及富媒體車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）的普及，盡管高度自動(dòng)化駕駛的時(shí)代依然遙遠(yuǎn)，但自動(dòng)駕駛汽車的前景已變得愈發(fā)清晰，尺寸形狀各異的無(wú)人機(jī)和日益普及的物聯(lián)網(wǎng)也是亟需功能安全的領(lǐng)域，ARM 的技術(shù)將成為一大助力。