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嵌入式非易失性存储器在汽车系统中的应用

作者:Charles Ng Kilopass Technology公司时间:2008-05-30来源:汽车电子设计收藏

        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存储。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/83389.htm

  车载系统的有多种不同形式,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(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要求和特性。

  固件存储

  如今的汽车可谓是真正的个人,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闪存来进行固件存储,因为闪存现场可编程。但闪存需要浮栅技术,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)。

 

图2、采用EEPROM存储传感器校准系数的一种典型的可编程车载传感器调节装置。

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