NOR型快闪存储器或融入汽车体系

为了满足诸如自动驾驶辅助系统和其他汽车内部系统，华邦正把与安全相关的系统功能整合于针对车用市场开发的NOR型快闪存储器系列，进一步符合国际ISO26262规范的汽车安全完整性标准…

长久以来， NOR型快闪存储器(flash)一直在汽车产业相关零组件中扮演着一个十分值得重要且值得信赖的角色。如今，这个产品早已被广泛的应用在仪表板(instrument cluster)，中央控制台和车载资通讯系统(Infotainment)上(请参考图1) 。

在这些应用中，NOR型快闪存储器不仅仅提供了可靠的存放空间，还能让存放于其中的应用 程式更加快速的执行。微处理器甚至可以不需要透过额外的动态随机储存存储器就能够直接 【现地执行】(XiP)。

在可见的未来几年内，汽车产业必将迈入自动驾驶的新纪元。而为了实现自动驾驶，先进驾驶辅助系统(ADAS)是不可或缺的一个重要关键系统。例如，自动巡航、自动车道维持、自动煞车系统等等。而在这些先进驾驶辅助系统中，都可以见到NOR型快闪存储器的身影。

包含先进驾驶辅助系统在内，所有跟安全性有关的系统，只要其中有任何一个零组件发生不可预期的故障就会提高发生事故的风险。为了降低系统发生故障的机率，汽车半导体零组件都要符合ISO26262国际标准。这标准规范了:

在产品设计阶段，要求对系统功能失效方式进行严格的分析制订非常低的系统最大容错率要求系统能可靠并快速地侦测错误要求系统建立健全的安全保护机制，并能从可见的故障中恢复

图1：2014年奥迪(Audio) TT的视觉化仪表板。NOR型存储器被广泛的应用在车子启动后需要快速显示的仪表板中。

正因如此，许多汽车制造厂商都开始寻求能够满足安全设计系统的新一代快闪记忆芯片。本文就是在探讨加以解释，在一般NOR型快闪存储器芯片的操作模式中，为了要全面符合国际ISO26262标准，设计人员所必须做的努力，和新型快闪记忆芯片所必须提供的功能。

这些安全功能在NOR型快闪存储器 (亦即当今常被应用在嵌入式系统用来储存启动程序码的快闪存储器)和SLC NAND型快闪存储器中都可能会出现。如果不要求高数量的擦写次数且不需要实现XiP【现地执行】功能，Serial NAND实际上是NOR型存储器的最佳替代方案之一。华邦的46奈米SLC NAND相较于现今其他Serial NAND制造商，提供了更高的品质、更加优化的功能安全性和更小的封装。甚者，华邦的单层式NAND的资料保存年限跟NOR型快闪存储器(55-65奈米)拥有相同的水准。

Serial NAND的优势在于他的低成本：每一存储器位元比NOR型快闪存储器小上四倍。华邦提供内含错误纠正功能【ECC】的Serial NAND记忆芯片，它提供能连续且能跨页(page)、区块(block)边界的高速读取。事实上，越来越多的设计者都已经考虑在车用系统设计中同时使用NOR型快闪记忆芯片和Serial NAND记忆芯片。

在汽车电子领域中，NOR型快闪存储器经由数以千万计产品的长期使用下，已经可以证明是一个具有非常高可靠度的产品。ISO26262规范了四个汽车安全完整性等级(ASILA~D)，其中ASIL-D最是为严格，要达到其规范，系统层级产品的FIT (Failure in Time)值必须小于10——以每十亿产品/小时为基准(参考图2)。因此，属于独立元件等级的NOR型快闪存储器的FIT值就必需要远远地小于10。

图2：ISO26262国际标准中规定的最小及最大容错率

然而，时至今日，NOR型快闪存储器对于汽车制造商来，仍然像是一个黑盒子一般，用户并不能对储存于其中的资料做任何的确认或保证措施。亦即，主控芯片并不能监控或预测任何储存于存储器中的资料是否正确进而保障整个系统的运作正常。这在某方面来说，是跟ISO26262的精神是互相冲突的。

换句话说，NOR型快闪存储器必须能提供让主控芯片可以诊断侦测内部资料的功能来避免发生任何可能的错误。

这里提供了两个主要的方向：

错误侦测编码器(ECC engine)。它能在读取资料的时候，侦测并修正错误资料以保持资料的正确性使用者能随时地检测ECC engine做动的状态ECC在维持功能安全上的重要性。

在传统NOR型快闪存储器上，ECC通常是在背景执行侦测并且修正资料错误，并不会主动回馈主控芯片端任何的讯息。然而事实上，ECC是能透过各种方式来帮助主控芯片增进系统的安全性。其中之一就是透过状态寄存器(Status Register)来告知主控端ECC运作和资料纠正的状态与结果。以下三种状况就是有可能会回馈的资讯之一：

资料是正确的，不需错误校正。经过校正后，资料是正确的。资料错误且无法被校正。有了这些资讯，主控芯片能知晓目前资料完整性的程度，并且能预先做些措施。

然而，为了符合ISO26262中要求车内系统要能即时侦测错误并且修正的精神，华邦为了车用市场所开发的新型NOR型快闪存储器提供了一个能够即时送出资料异常讯号的脚位。这个脚位能够明确的提供无法被纠正的资料位置资讯。同时，也有一个选项提供给使用者，可以设定这个资料异常讯号是被可纠错的错误触发，或是被不可纠错的错误触发。

利用状态寄存器和资料异常脚位的资讯，系统端就能主动的对存储器中的资料状态建立一个完整的轮廓。甚至系统端能设定一个安全阙值，一旦在某些区域发生错误或者整个存储器重复发生太多次错误就禁用这些区域。

行文至此，大致上说明了如何去处理并符合ISO26262中针对单一错误的规范。但，ISO26262也规范了车内系统如何去侦测即将发生的潜在错误。这些潜在错误虽然不会造成立即性的影响，但却有可能造成往后的错误发生。

举例来说，NOR型快闪存储器理论上并不会发生位元错误，所以ECC运算电路并不会做动。但如果ECC电路发生了错误，再加上NOR本身发生了位元错误，这两者的效应加在一起，整个系统就有可能暴露在危险之中。

为了侦测潜在的ECC电路错误，华邦的车用NOR型快闪存储器提供了特殊的功能，能让使用者输入资料并检查ECC电路运算是否正确。同样地，使用者也能借由输入资料来验证单一位元错误或者是超过单位元错误的ECC运算结果是否正确。我们建议，在每次系统开机之后，都能够做一次潜在风险的确认。

为了满足诸如自动驾驶辅助系统和其他汽车内部系统，华邦现正把以上所提到关于安全系统的功能整合进针对车用市场开发的NOR型快闪存储器系列中。华邦车用3V四通道 NOR型快闪存储器产品系列已经能提供高达80MB/s的资料传输速率的，其中256Mb与512Mb产品已经开始提供测试样品。未来，容量更会再往上提升到1Gb。

在华邦1.8V八通道NOR型快闪存储器产品系列，拥有高达300MB/s资料传输率的产品会在2018年问世并且会将容量扩展到整个系列。

华邦也提供了整个包含了512Mb、1Gb和2Gb的Serial NAND产品系列。华邦的Serial NAND产品系列都拥有了状态寄存器可以让系统知道目前资料是否已经被ECC纠正、ECC做动的状况以及资料是否不能被纠错(如图3所示)。

图3：华邦的串列NAND可以从status register得知ECC的状态

华邦，做为一家专业的存储器供应商，让系统研发者都能在华邦所提供的SPI NOR或Serial NAND存储器中，很容易的选用到一个具有提升系统安全功能的产品。