使用FRAM存储器进行ADAS数据记录 提供改进ADAS功能所需洞察力

ADAS功能需要高度专业化的传感器、存储器和收发器，这些传感器、存储器和收发器符合ASIL-B等功能安全标准。

       自动驾驶不仅改变了汽车行业，也改变了整个交通行业的格局。由于许多人预计全自动驾驶汽车很快就会上路，但事实证明，使其成为安全现实的挑战比想象的要困难得多。汽车公司和监管机构已经意识到，要以真正可靠的方式解决问题是多么困难。

因此，与其从整体上解决问题，不如将其分解为多个里程碑，从 1 级到 5 级。今天，我们可以在具有高度标准化布局的高速公路上找到自动驾驶能力，并有继续改进的雄心这些能力，并最终将它们应用于更具挑战性的驾驶情况，例如乡村道路。

作为向全自动驾驶迈出的一步，汽车制造商正在为其车辆添加越来越复杂的高级驾驶员辅助系统 (ADAS)。它提供了诸如自动停车、自动车道变换、带站点保持的自适应巡航控制、盲点监视器、驾驶员监控系统、防撞、交通标志识别等功能。汽车制造商喜欢这些功能，因为它们提供了产品差异化。驾驶员发现许多功能非常有用。监管机构之所以喜欢它们，是因为它们现在可以提高道路使用者的安全性，并为将来强制执行额外的安全功能提供一个平台。

开发 ADAS 功能

开发 ADAS 功能也正在成为向真正的车辆自主稳步发展的一部分。它首先将这个非常大的整体挑战分解为一系列可以单独解决的点挑战。其中许多解决方案都有一个共同点：它们对来自多个传感器的数据有着几乎无法抑制的渴望。这些数据提供了由强大的车载计算机融合的原材料，以创建车辆行驶周围环境的内部实时模型。反过来，这可以用作决定如何对该模型做出反应的基础。一旦最终确定了决策，就可以执行命令以在现实世界中实施所选择的反应。

所有这些数据收集、传感器融合、建模、决策制定和命令执行都必须以非常高水平的确定性和对安全的高度重视实时发生。因此，实现 ADAS 功能的实际挑战之一是找到具有在汽车安全关键系统中使用所需的功能、速度和质量水平的零件。

图 1 需要专用芯片来处理 ADAS 设计中的大量智能传感器。资料来源：英飞凌

在车辆 ADAS 实时场景中工作的部件包括电源管理 IC (PMIC)，旨在为与安全相关的传感器、收发器和微控制器提供良好调节的电源。并且微控制器必须为传感器融合应用提供更多的计算能力。

还有 LIN 和 CANbus 收发器、专业电源调节器和保护开关，以及可用于替代机械继电器的智能电源开关。其中许多部件都提供各种变体，满足美国汽车电子委员会 (AEC) 的 Q100 1 级组件验证方案的要求。一些微控制器也被证明符合 ASIL-D 功能安全规范要求，这是该方案中最严格的级别。

所有这些部件都必须有丰富的文档和工具支持，从编译器工具链和微控制器的自动代码生成到第三方对调试器的支持、时序分析、校准、仿真、建模等。

ADAS 功能的许多方面都可以使用经过调整并符合汽车使用条件的标准组件来实现。但是，有些设计要求可以使用为满足特定需求而开发的新组件来满足。

最重要的要求之一是数据记录，以跟踪流经 ADAS 计算机的大量信息，从而为它们提供车辆行驶环境的丰富视图。一些开发人员正在使用大型固态设备 (SSD) 作为转储所有这些数据的场所。但是，SSD 的写入速度较慢且具有磨损机制，可能无法提供适当的性能和可靠性。

用于数据记录的 FRAM

在具有 ADAS 功能的车辆中进行大规模实时数据记录的关键原因之一是捕捉出现问题时会发生什么。因此，开发人员可以从中吸取教训并阻止它再次发生。例如，一些 ADAS 实现并不擅长识别行人，尤其是在夜间。严格的数据记录，其中所有相关的传感器数据都被实时捕获、时间戳和存储，可以提供事件发生时发生的情况的快照。然后，它可用于推动改进 ADAS 实施的持续模型改进过程。

非易失性铁电随机存取存储器 (FRAM) 可用于此目的。与闪存和 EEPROM 等传统非易失性存储器技术不同，FRAM （也称为 FeRAM ）具有快速写入时间、支持即时非易失性、与 SRAM 一样易于寻址，而且至关重要的是，具有几乎无限的耐用性，达到 10 14读/写周期。

它们的一个缺点是它们没有其他内存类型那么大的密度。然而，在实践中，通过使用 FRAM 作为 ADAS 数据流的滚动缓冲区可以缓解这个问题。如果车辆断电，FRAM 数据日志将保存截至该点之前可供 ADAS 计算机使用的数据的快照。

图 2 FRAM 非常适合 ADAS 设计中的数据记录需求。资料来源：英飞凌

此外，目前还没有关于车辆在发生灾难性故障时应该记录多少数据的规定。然而，SAE International 已经提供了关于应该存储什么类型的数据的指南。欧洲正在制定类似的规范。但似乎可能会要求开发人员确保他们的车辆能够捕获和存储价值 5 秒的有关加速、制动力度和安全带状态等问题的数据，以及每辆车载 5 秒内每秒四张图像相机。

数据记录内存必须了解车辆出现问题时会发生什么，并提供改进 ADAS 功能所需的洞察力，这样就不会再次发生。一种这样的存储芯片是EXCELON F-RAM；它针对 ADAS 中的数据记录应用，并已通过 ASIL-B 功能安全标准。

安全伴随着严谨的设计

许多 ADAS 功能旨在通过使用复杂的传感器融合和机器学习技术来避免危险问题，从而提高车辆及其乘客的安全性。不过，值得记住的是，这些安全功能是芯片制造商开发制造工艺、产品以及支持工具和软件的严谨性的结果。这还包括确保组件符合相关标准和资格。

现在对 ADAS 来说也是如此，当自动驾驶成为现实时，它也将同样如此。

——Medu Harsha 是英飞凌科技的首席应用工程师。

——Karthik Rangarajan 是英飞凌科技的高级产品营销专家。