摘要：

    隨著汽車逐漸發(fā)展成為高度集成的交通、信息和娛樂系統(tǒng)，其半導體成分不斷增多。如今的汽車包含了數(shù)以十計的處理器、大量的傳感器和各類控制、安全、舒適及通信系統(tǒng)。所有這些系統(tǒng)都需要非易失性存儲。 

關鍵字：非易失性存儲；汽車系統(tǒng)
    
    車載系統(tǒng)的存儲器有多種不同形式，其容量少則只有數(shù)百位，用于存儲ID和傳感器數(shù)據(jù)，多則高達數(shù)兆字節(jié)，用于保存復雜的固件程序。不同系統(tǒng)對非易失性存儲器（NVM）的要求不同，但無一例外都希望它便宜、可靠、安全并易于在系統(tǒng)中實現(xiàn)。本文深入探討了一些常見應用，闡述了它們所需要的存儲器要求和特性。 

    固件存儲

    如今的汽車可謂是真正的個人汽車系統(tǒng)，其中包含了眾多依賴MCU工作的電子子系統(tǒng)，如制動系統(tǒng)、電子穩(wěn)定裝置、巡航控制、發(fā)動機控制、電源管理和儀表板等。這些處理器需要總計數(shù)百萬行的軟件代碼，而所有代碼都必須存儲在NVM中。目前存儲這些代碼的技術是與MCU相嵌在一起的閃存。 

    除了閃存，也可以選用一次性可編程（OTP）存儲器，如用掩膜可配置ROM來存儲代碼。不過，這種方法缺乏現(xiàn)場可編程能力，此后就不可能對代碼進行升級以修正問題或是增強系統(tǒng)的功能組合。現(xiàn)場可編程能力還讓MCU制造商得以延長其車載產(chǎn)品的壽命，支持新的汽車款式。 

    MCU供應商已經(jīng)轉向采用嵌入式閃存來進行固件存儲，因為嵌入式閃存現(xiàn)場可編程。但嵌入式閃存需要浮柵技術，這使得MCU芯片的制造成本增加了 30-50%。此外，由于通過電壓對比或其它掃描技術就可以讀取代表著MCU廠商知識產(chǎn)權的閃存內(nèi)容，閃存在固件存儲方面還存在著安全隱患。 

    如果現(xiàn)場可編程OTP存儲器外型小巧的話，通過在系統(tǒng)級將其設計為“數(shù)次可編程”，可以利用它來代替閃存以存儲程序。MCU供應商能做的，就是除了存儲現(xiàn)有程序代碼的扇區(qū)外，還在OTP存儲器中留出一個或多個未指定扇區(qū)。若需對某個程序代碼模塊進行升級，就把被升級的模塊編程入一個未用存儲扇區(qū)，讓控制邏輯轉而指向升級后的模塊（見圖1）。這種技術還可用于其它車載系統(tǒng)，如傳感器校準和數(shù)字版權管理（DRM）密鑰，本文稍后將對此進行探討。 

    對于價格不貴而又性能可靠的嵌入式NVM而言，在嵌入式MCU中進行可編程固件存儲是一個理想的應用領域。這種存儲器價格必須非常低廉，不會增加任何額外的芯片制造成本。此外，它必須高度可靠，必須能夠在汽車的高溫工作環(huán)境中正常運行。

圖1、MCU供應商在OTP存儲器中預留未編程扇區(qū)，使得汽車制造商能夠通過把升級

內(nèi)容下載到初始未編程扇區(qū)中來對MCU的程序模塊進行升級

    傳感器校準 

    如今汽車使用了許多并不昂貴的傳感器，這些傳感器可用于引擎控制、駕駛員輔助及安全裝置和舒適性子系統(tǒng)，能夠監(jiān)控許多關鍵參數(shù)，如安全氣囊準備就緒情況、輪胎氣壓、引擎溫度、進氣歧管壓力、光亮度、電池和電氣子系統(tǒng)電壓、用于制動和轉向控制的汽車定位，以及各種溫度控制及其它舒適性配置。很多情況下，這些模擬傳感器都被配置成壓阻式橋網(wǎng)絡，供汽車系統(tǒng)將物理參數(shù)轉變?yōu)殡姎庑盘枺源藴y量壓力、溫度或濕度等模擬參數(shù)。 

    用于電子信號轉換的物理參數(shù)通常是低電平、非線性的，且與溫度密切相關。設計人員需要進行一些信號調(diào)節(jié)工作，以此放大和校準傳感器信號在靈敏度、偏移和非線性度等方面的器件間隨機變化，并讓它不再受溫度影響，從而為系統(tǒng)構建一個線性而精確的信號。在傳感器校準方面，另一個問題是偏移或靈敏度這類參數(shù)因系統(tǒng)而異，需要對每個傳感器和調(diào)節(jié)電路分別進行現(xiàn)場校準。 

    有幾家車載半導體制造商在提供能夠?qū)蚴絺鞲衅鬟M行放大、校準并做溫度補償?shù)男酒Ｋ鼈兺ǔ＠?個微控制器來數(shù)字式控制1個或多個DAC，把一組傳感器校準系數(shù)編程到一個EEPROM（嵌入式或外部皆可）中，創(chuàng)建一個查找表（見圖2）。

圖2、采用EEPROM存儲傳感器校準系數(shù)的一種典型的可編程車載傳感器調(diào)節(jié)裝置

    不過，EEPOM這類存儲器不太適合于汽車環(huán)境，因為工作溫度過高會造成數(shù)據(jù)丟失或崩潰，這可能造成傳感器模塊不能被校準，而系統(tǒng)誤認為信號是正確的。對于那些用于制動或轉向的安規(guī)系統(tǒng)而言，這種校準=的缺失是無法接受的。雖然這些系統(tǒng)可采用某種EEPROM誤差檢查以及校準機制，但這又增加了系統(tǒng)的成本和復雜性。 

    因此，傳感器校準可謂嵌入式NVM的又一個理想應用領域。嵌入式NVM帶有信號放大和調(diào)節(jié)芯片，可對模擬傳感器（MCU使用其輸入）信號進行校準和調(diào)整。為了降低系統(tǒng)成本，這種存儲器價格必須非常價廉，不增加任何額外的芯片制造成本。除了高可靠性和低成本之外，用于車載系統(tǒng)中模擬信號校準的NVM 還必須能夠在汽車的高溫工作環(huán)境中正常運行。 

    數(shù)字版權管理 

    隨著車載娛樂系統(tǒng)的發(fā)展，在汽車娛樂系統(tǒng)與外部信息源交換音頻視頻內(nèi)容時，非易失性存儲器需要支持數(shù)字版權管理（DRM）。這里使用的存儲器必須價格不貴，更重要的是，必須高度安全，因為內(nèi)容代表著其開發(fā)商寶貴的知識產(chǎn)權。 

    確保數(shù)字內(nèi)容只被授權設備接收到的最常用方法是采用加密和解密密鑰，并且只有授權設備知道正確的密鑰值。密鑰存儲的成本必須價廉，而密鑰安全性能應受到良好保護，這樣才能保障嵌入式NVM的高度安全性。密鑰可能必須予以更新，這就排除了使用ROM或嵌入式熔絲的可能性。閃存可以作為一項選擇，但其安全性欠佳，又增加了成本，正如本文固件存儲一節(jié)中所述，故娛樂系統(tǒng)、汽車及其它領先制造商轉而考慮其它類型的嵌入式NVM。 

    由于汽車和外界信息源（比如家中的DVD播放機）之間需要進行內(nèi)容交換，因此需要開發(fā)一種機制來實現(xiàn)內(nèi)容的短距離無線傳輸。無線USB是業(yè)界倡導的一項標準，該標準今年上半年開始應用在設備領域。無線USB通信需要兩項操作，即關聯(lián)和構建安全性，此二項操作都要求安全通信密鑰。關聯(lián)是在兩個無線設備之間建立可靠聯(lián)系的一次性過程。這個過程的設計確保設備被授權進行通信，并可防止未授權的連接，或兩個不相關設備間的意外連接。無線內(nèi)容通信的安全性是指保護所傳輸數(shù)據(jù)的加密機制。同樣是基于成本和安全目的，無線發(fā)射器和接收器需要安全的低成本嵌入式NVM來實現(xiàn)關聯(lián)與安全操作電路。 

    車輛和零部件ID檢測 

    最后，電子識別存儲，如車輛ID（VID） 號碼和手機及其它車載通信系統(tǒng)ID，是安全NVM大有用武之地的又一個領域。這些應用需要價廉的低位數(shù)OTP NVM，它易于初始編程，但極難更改。在不遠的將來，汽車無疑將在其許多零部件上集成RFID標簽，從而能夠利用嵌入式OTP NVM實現(xiàn)ID 的無線檢測。 

    非易失性車載存儲器的未來 

    上述例子表明了多種車載系統(tǒng)對價廉而又安全的嵌入式NVM的高度依賴。現(xiàn)有技術“ROM、閃存和EEPROM”廣泛用于許多不同子系統(tǒng)，但它們各有其缺點。隨著車載半導體集成水平的不斷提高，新的NVM技術將為高位數(shù)和低位數(shù)應用提供價格低廉、高度可靠、適應汽車工作溫度、更安全更靈活的數(shù)據(jù)和代碼存儲。