淺談怎樣通過IP設(shè)計實現(xiàn)汽車的功能安全

　ARM戰(zhàn)略信息技術(shù)專家Andrew Hopkins
　　如今，汽車行業(yè)變革迅猛，汽車的設(shè)計、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化計算能力以優(yōu)化車輛控制。歐盟新車安全評鑒協(xié)會（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級的必要條件。車載處理器的數(shù)量在所有細分市場都穩(wěn)步上升，目前平均為40-50個，而一些高端車型則已經(jīng)搭載近120個處理器。據(jù)Semicast
　　Research預(yù)測，到2022年，僅發(fā)動機引擎罩下的電子控制單元（ECU）組件就將達到近860億美元的市場規(guī)模，相較2015年的530億年復(fù)合增長率達到7%。半導(dǎo)體廠商將有機會在汽車電子領(lǐng)域挖掘一大桶金。
　　高科技芯片可以改善動力系統(tǒng)排放、增強安全性能、并利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)實現(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？
　　簡而言之，功能安全的最終目的是確保產(chǎn)品安全運行，即便出現(xiàn)問題也可以繼續(xù)保駕護航?；谶@一理念，ARM將保證安全視為頭等大事，而非單純依照市場導(dǎo)向隨波逐流，不斷加強研發(fā)，推出更多功能安全相關(guān)產(chǎn)品。
　　各行各業(yè)都會制定標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)未來發(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”。
　　不同領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)并不完全一致，例如針對電氣和電子系統(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，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)市場并制定合適的流程至關(guān)重要，因為中途修改研發(fā)流程必然會導(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)
　　實際操作中，功能安全系統(tǒng)必須由獨立評估員認證，符合所有安全標(biāo)準(zhǔn)。實現(xiàn)功能安全需要具備預(yù)測能力的故障模式，實時判斷系統(tǒng)狀態(tài)是功能完整，部分功能損壞，還是系統(tǒng)必須關(guān)閉進行重啟或重置。
　　并不是所有故障都會立刻引發(fā)嚴(yán)重事故。比如，汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障可能會導(dǎo)致突發(fā)性的錯誤轉(zhuǎn)向，但是由于電氣和機械設(shè)計天然的時間延遲，故障并不會馬上產(chǎn)生后果，這一延遲通常是幾毫秒以上，ISO 26262將之定義為容錯時間間隔，間隔長短取決于潛在的事故類型和系統(tǒng)設(shè)計。所以，不難理解，對系統(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，功能安全不會影響系統(tǒng)性能；但現(xiàn)實生活中，現(xiàn)行的許多安全措施都會嚴(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系統(tǒng)性能的不利影響以及設(shè)計制造成本的上升，是設(shè)計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的芯片與系統(tǒng)開發(fā)商感興趣。然而，隨著過去幾年各類汽車應(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典型例子。
　　自動駕駛過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，盡管高度自動化駕駛的時代依然遙遠，但自動駕駛汽車的前景已變得愈發(fā)清晰。尺寸形狀各異的無人機和日益普及的物聯(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。