嵌入式非易失性存储器在汽车系统中的应用

随着汽车逐渐发展成为高度集成的交通、信息和娱乐系统，其半导体成分不断增多。如今的汽车包含了数以十计的处理器、大量的传感器和各类控制、安全、舒适及通信系统。所有这些系统都需要非易失性存储。 车载系统的存储器有多种不同形式，其容量少则只有数百位，用于存储id和传感器数据，多则高达数兆字节，用于保存复杂的固件程序。不同系统对非易失性存储器(nvm)的要求不同，但无一例外都希望它便宜、可靠、安全并易于在系统中实现。本文深入探讨了一些常见应用，阐述了它们所需要的存储器要求和特性。 固件存储 如今的汽车可谓是真正的个人汽车系统，其中包含了众多依赖mcu工作的电子子系统，如制动系统、电子稳定装置、巡航控制、发动机控制、电源管理和仪表板等。这些处理器需要总计数百万行的软件代码，而所有代码都必须存储在nvm中。目前存储这些代码的技术是与mcu相嵌在一起的闪存。 除了闪存，也可以选用一次性可编程(otp)存储器，如用掩膜可配置rom来存储代码。不过，这种方法缺乏现场可编程能力，此后就不可能对代码进行升级以修正问题或是增强系统的功能组合。现场可编程能力还让mcu制造商得以延长其车载产品的寿命，支持新的汽车款式。 mcu供应商已经转向采用嵌入式闪存来进行固件存储，因为嵌入式闪存现场可编程。但嵌入式闪存需要浮栅技术，这使得mcu芯片的制造成本增加了30-50%。此外，由于通过电压对比或其它扫描技术就可以读取代表着mcu厂商知识产权的闪存内容，闪存在固件存储方面还存在着安全隐患。 如果现场可编程otp存储器外型小巧的话，通过在系统级将其设计为“数次可编程”，可以利用它来代替闪存以存储程序。mcu供应商能做的，就是除了存储现有程序代码的扇区外，还在otp存储器中留出一个或多个未指定扇区。若需对某个程序代码模块进行升级，就把被升级的模块编程入一个未用存储扇区，让控制逻辑转而指向升级后的模块(见图1)。这种技术还可用于其它车载系统，如传感器校准和数字版权管理(drm)密钥，本文稍后将对此进行探讨。 对于价格不贵而又性能可靠的嵌入式nvm而言，在嵌入式mcu中进行可编程固件存储是一个理想的应用领域。这种存储器价格必须非常低廉，不会增加任何额外的芯片制造成本。此外，它必须高度可靠，必须能够在汽车的高温工作环境中正常运行。 图1、mcu供应商在otp存储器中预留未编程扇区，使得汽车制造商能够通过把升级内容下载到初始未编程扇区中来对mcu的程序模块进行升级。 传感器校准 如今汽车使用了许多并不昂贵的传感器，这些传感器可用于引擎控制、驾驶员辅助及安全装置和舒适性子系统，能够监控许多关键参数，如安全气囊准备就绪情况、轮胎气压、引擎温度、进气歧管压力、光亮度、电池和电气子系统电压、用于制动和转向控制的汽车定位，以及各种温度控制及其它舒适性配置。很多情况下，这些模拟传感器都被配置成压阻式桥网络，供汽车系统将物理参数转变为电气信号，以此测量压力、温度或湿度等模拟参数。 用于电子信号转换的物理参数通常是低电平、非线性的，且与温度密切相关。设计人员需要进行一些信号调节工作，以此放大和校准传感器信号在灵敏度、偏移和非线性度等方面的器件间随机变化，并让它不再受温度影响，从而为系统构建一个线性而精确的信号。在传感器校准方面，另一个问题是偏移或灵敏度这类参数因系统而异，需要对每个传感器和调节电路分别进行现场校准。 有几家车载半导体制造商在提供能够对桥式传感器进行放大、校准并做温度补偿的芯片。它们通常利用1个微控制器来数字式控制1个或多个dac，把一组传感器校准系数编程到一个eeprom(嵌入式或外部皆可)中，创建一个查找表(见图2)。 不过，eepom这类存储器不太适合于汽车环境，因为工作温度过高会造成数据丢失或崩溃，这可能造成传感器模块不能被校准，而系统误认为信号是正确的。对于那些用于制动或转向的安规系统而言，这种校准=的缺失是无法接受的。虽然这些系统可采用某种eeprom误差检查以及校准机制，但这又增加了系统的成本和复杂性。 因此，传感器校准可谓嵌入式nvm的又一个理想应用领域。嵌入式nvm带有信号放大和调节芯片，可对模拟传感器(mcu使用其输入)信号进行校准和调整。为了降低系统成本，这种存储器价格必须非常价廉，不增加任何额外的芯片制造成本。除了高可靠性和低成本之外，用于车载系统中模拟信号校准的nvm还必须能够在汽车的高温工作环境中正常运行。 数字版权管理 随着车载娱乐系统的发展，在汽车娱乐系统与外部信息源交换音频视频内容时，非易失性存储器需要支持数字版权管理(drm)。这里使用的存储器必须价格不贵，更重要的是，必须高度安全，因为内容代表着其开发商宝贵的