如何依靠MCU与高级驾驶辅助系统实现道路安全

无论喜欢还是厌恶，汽车行业正在不可阻挡地靠近自动驾驶汽车，原因不是让驾驶者的生活更简单，而是试图消除道路上的碰撞。随着试验的进行，自治道路上的速度颠簸不太可能是技术性的，更有可能是诉讼。然而，整个行业致力于实现交通运输的新时代。

为了应对现在由各种日益复杂的高级驾驶辅助系统（ADAS）出现但不断增长的需求。汽车制造商现在可以和/或正在开发同样复杂的集成解决方案。这些设备对于支持这一步骤变化至关重要，特别是在提供真正自动驾驶汽车所需的安全性，安全性和支持的组合方面。其中许多元素现在都集成在一个设备中，部分是为了满足商业要求，部分是为了符合国际公认的安全标准。

能力满足意志

通向完全自治的道路很长，蜿蜒，满载在路上的无符号叉子;到达那里需要一段时间。然而，这并不意味着它不会发生，事实上它几乎是确定的，因为它背后的动力等于对它的好处的预期。自动驾驶汽车“可以”将道路交通事故减少到零，并且在控制车辆的能力已经离开驾驶员之后很长时间内让人口老化持续独立。许多（如果不是全部）保险公司已经开始对这将如何影响保险业进行广泛的研究。目前，驾驶员在控制汽车时被认为是负责他们是否正在使用ADAS功能（例如自适应巡航控制或自动紧急制动）。如果保险公司想证明其他情况，他们必须向汽车制造商提出索赔。然而，一旦完全自治到来，在某些情况下，驾驶员在驾驶时（例如，使用电话或浏览互联网）可能会被合法地分散注意力。这引起了保险业的许多问题。

这项技术已经在这里，但它必须经过测试和重新测试，然后才能应用于日常驾驶员。当然，测试正在进行中，这隐含地意味着技术可用，并且有趣的是，它在很大程度上是生产就绪的。确保完全安全的标准可能无法获得，但是那些 - 像ISO 26262 ASIL-D - 以及过去和现在的研究项目 - 如EVITA（电子安全车辆入侵保护应用）已经帮助塑造了半导体制造商在开发集成解决方案时所采取的方向。

这些功能中的一些是特定于安全的，而不是汽车专用的，这使得集成设备制造商（IDM）实现它们在商业上更具可行性。因此，许多功能现在在许多与安全和/或安全相关的应用程序中很常见。

锁步执行

软件在当今的大多数应用程序中起着主要作用，但是在安全关键的情况下，控制机械系统的代码的可靠执行变得更加重要。出于这个原因，大多数用于安全关键应用的设备都实现了锁定操作的双处理器;代码同时在两个处理器上执行，但通常一个或两个指令异相。这可以保护系统免受主处理器上的单个故障导致系统范围的故障。这是ARM Cortex-R系列处理器支持的功能，德州仪器（TI）的汽车级TMS570LS1227就是一个例子，它具有同步运行的双Cortex-R4F内核。功能框图如图1所示。

图1：TMS570LS1227的功能框图，采用德州仪器（TI）的锁步ARM Cortex-R4F内核。

以锁步方式运行的处理器通常执行来自相同受保护ECC（纠错码）内存的代码。 TMS570LS1227具有1.25 MB闪存和192 KB RAM，具有单比特纠错和双比特错误检测功能。 CPU和内存BIST（内置自测）逻辑也集成在一起。 Cortex核心的R术语表示“实时”，这对于安全关键应用（如ADAS）至关重要。 TI器件以此为基础，集成了面向基于实时控制的应用的外设，其中包括两个下一代高端定时器（N2HET）定时协处理器。 N2HET是一个软件控制的定时器，使用带有专用定时器微机械和I/O端口的RISC架构实现。它可用于PWM输出，捕获或比较，或用作GPIO。 TI表示，它特别适用于需要多个传感器信息的应用以及需要驱动具有复杂和精确时间脉冲的执行器的应用。具有内置存储器保护单元（MPU）的高端定时器传输（HTU）可以执行DMA类型的事务，以将N2HET数据传输到主存储器或从主存储器传输N2HET数据。

ADAS要求

双核设备的使用可以追溯到Cortex-R系列之前，当然也是汽车应用中最广泛部署的内核之一（以及和其他人一样）是权力核心。现在，对于新设计的广泛采用，它仍然受到许多针对汽车应用的制造商的支持（其中大多数也提供基于ARM的解决方案）。

一个例子是STMicroelectronics的SPC56XL60/54，它也支持锁步执行，但它进一步复制硬件功能以创建它所谓的“复制领域”（SoR）并包括关键组件，包括e200z4d内核，eDMA和纵横开关（图2）。结合多种BIST和MPU功能，电源管理，循环冗余校验和复制安全增强型看门狗功能使SPC56XL60/54能够满足SIL3/ASIL-D标准。

图2：STMicroelectronics的SPC56XL60/54的框图，其中包含关键组件的复制范围，包括CPU内核，eDMA和交叉开关。

这两个内核都支持定点和浮点执行，完全支持Power Architecture指令集和可变长度编码（VLE），允许它混合32位和16位指令以优化代码密度。 XBAR多端口交叉开关支持四个主端口和三个从端口之间的同时连接，支持32位地址总线和64位数据总线。

目前使用最迅速采用的ADAS功能之一就是所谓的Birds'Eye View停车辅助系统，该系统使用多个摄像头创建虚拟实时视频流，了解鸟类可能看到的内容在车上。这样的系统使用多达五个广角镜头，其流必须被校正和组合以创建虚拟视点。对这种系统中的处理元件的要求可能不像某些更自主的应用那样具有安全关键性，但对运行中的安全性的要求也不低。此类应用中使用的器件示例是飞思卡尔的MPC5604E，它与专为汽车底盘和安全应用而设计的MPC5604P系列相关。因此，MPC5604E共享大部分核心平台和基础架构，但具有不同的功能IP块，以允许它以网关系统为目标。这种ADAS中的网关系统用于通过以太网快速移动来自不同源的数据。如图3所示，该体系结构专为此类应用程序而设计。

图3：飞思卡尔的MPC5604E针对特定的ADAS解决方案。

结论

虽然汽车在过去100年左右的时间里经过精炼以提高效率，安全性和舒适性 - 无论是内部还是外部 - 它从未在规模上面临变化自治会带来。从简单的辅助到完全无人驾驶，现在可用的系统和正在开发的系统将为行业和消费者带来巨大的飞跃。

零事故，减少拥堵和几乎无限的移动能力的前景意味着在未来，我们都可能渴望自动驾驶汽车。由于各种原因，它现在并将继续受到来自整个社会的抵制，但这似乎不太可能停止和扭转这个特定的可移动物体的行进方向。技术就在这里，今天。正在进行试验，世界上一些地区已经将自动驾驶汽车推向法律，所有这些都融合在一起，为整个行业创造了巨大的机会。