飛思卡爾針對功能安全標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化產(chǎn)品為客戶提供更優(yōu)選擇

電子安全系統(tǒng)由于影響巨大，在不斷進(jìn)行升級，國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)和國際電工委員會(IEC)制定了新的要求。功能安全標(biāo)準(zhǔn)IEC61508及其未來車輛自適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)IS026262，現(xiàn)已在業(yè)內(nèi)應(yīng)用，以確保車輛電子系統(tǒng)充分的安全性。該ISO文檔定義了4個車輛安全完整性等級(ASIL)，其中ASIL D代表最高安全級別。而飛思卡爾半導(dǎo)體推出的SafeAssure計劃，旨在幫助系統(tǒng)制造商更加輕松地滿足汽車和工業(yè)市場中的功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求。

為設(shè)計工程師提供更好的選擇

針對安全要求嚴(yán)苛的應(yīng)用，設(shè)計工程師需要進(jìn)行架構(gòu)選擇。但現(xiàn)有的大多數(shù)微控制器解決方案或者缺乏靈活性，不能支持各種功能安全需求，或者要求在安全軟件方面投入很大。而額外的軟件增加了復(fù)雜度并更容易導(dǎo)致系統(tǒng)故障。因此，從系統(tǒng)的角度需要多方面的評估微控制器方案。飛思卡爾目前實(shí)現(xiàn)功能安全的途徑包括四個主要領(lǐng)域：安全流程、安全硬件、安全軟件和安全支持，采用飛思卡爾針對功能安全標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的器件，能夠幫助設(shè)計工程師快速完成產(chǎn)品設(shè)計，加快上市時間。

飛思卡爾針對要求嚴(yán)格的安全應(yīng)用，推出了新開發(fā)的汽車級雙核微控制器。雙核MPC5643L PowerArchitecture 32位MCU系列。該處理器包括兩個冗余通道，每個通道由一個內(nèi)核、總線、中斷控制器、內(nèi)存控制器和其他內(nèi)核相關(guān)模塊組成。這種方法就取代了使用2個MCU的方法，雙核MCU以更具性價比的價格實(shí)現(xiàn)車輛安全。

MPC5643L具有高效、靈活、安全的優(yōu)勢。MPC5643L提供最高性能水平(以更少的投入，實(shí)現(xiàn)更多產(chǎn)出)，以實(shí)現(xiàn)智能外圍協(xié)調(diào)：該器件能夠構(gòu)建一種支持多重安全架構(gòu)的雙核概念，并讓用戶在性能和安全水平之間取得平衡：同時能夠形成一個符合SIL3／ASIL D標(biāo)準(zhǔn)的安全概念，并通過在硬件中加入關(guān)鍵安全組件和自測功能，降低軟件復(fù)雜度。

雙核高性能的MCU

MPC5643L以提高安全性及減輕零組件用量負(fù)擔(dān)為目標(biāo)，有助設(shè)計工程師開發(fā)高安全性且高性價比的安全系統(tǒng)。其設(shè)計架構(gòu)包含兩組通道。每組各自擁有獨(dú)立運(yùn)算核心、總線、中斷控制器和內(nèi)存控制器，以及其他相關(guān)模塊，并可互相監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，在某一核心故障發(fā)生時提供后備支持，防止以往因系統(tǒng)孤立無援而瞬間停止運(yùn)行的情況。

·32位Power架構(gòu)微控制器

·核心頻率高達(dá)120 MHz

·雙核5級流水線

·可變長度編碼(VLE)

·存儲器管理單元(MMU)

·提供4KB高速緩存，并具有錯誤檢測代碼功能

·復(fù)雜信號處理功能(SPE)

可用內(nèi)存

·內(nèi)置1MB閃存，具有錯誤糾正功能(ECC)

·針對EEPROM仿真提供內(nèi)置RWW功能

·128KB SRAM，具有錯誤糾正功能(ECC)

符合SIL3／ASILD標(biāo)準(zhǔn)的安全理念：雙核鎖步模式和故障安全保護(hù)

·冗余區(qū)域?qū)τ陉P(guān)鍵部件(如cPu核心、eDMA、總線開關(guān))

·故障采集和控制單元(FCCU)

·連接FCCU域用于冗余區(qū)域輸出的冗余控制和檢查單元(RCCU)

·由硬件觸發(fā)的存儲和邏輯自檢(MBIST，LBIST)

·由軟件觸發(fā)的針對ADc和閃存的啟動的硬件自檢

·冗余的安全增強(qiáng)型看門狗

·冗余的結(jié)溫傳感器

·非屏蔽中斷(NNI)

·16-區(qū)域的內(nèi)存保護(hù)單元(MPU)

·時鐘監(jiān)測單元(cMU)

·電源管理單元(pMU)

·循環(huán)冗余校驗(yàn)(cRC)單元

并聯(lián)模式(DPM)，提高雙核輸出性能

·Nexus 3+接口

·中斷

·冗余的16，優(yōu)先級控制器

·冗余的16，通道eDMA控制器

·一個GPIO可單獨(dú)編程的輸入、輸出或特殊功能

·三個6通道通用eTimer單元

·兩個FlexPWM單元

·每個單元包含四個16-bit通道

通信接口

·兩個LINFlex通道

·三個帶有芯片選擇代的DSPI通道

·兩個帶有32報文對象的FlexCAN接口(2.0BActive)

·雙通道FlexR町模塊(V2.1)，64報文對象，速度高達(dá)為10 Mbit／秒

兩個12-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADCs)

·16輸入通道

·為同步ADc轉(zhuǎn)換、定時器和電源管理的可編程交叉觸發(fā)單元

·正弦波發(fā)生器(D／和低通濾波器)

·片上CAN／UART／FlexRay的引導(dǎo)加載器

·單3.0 v到3.6 v電壓供電

·環(huán)境溫度范圍-40℃到125℃-

·結(jié)溫溫度范圍40℃到150℃面向安全要求嚴(yán)苛應(yīng)用的優(yōu)化

故障通常包括單點(diǎn)故障、潛在故障和共因故障。引起故障的原因可能包括隨機(jī)硬件故障機(jī)制、系統(tǒng)性硬件故障機(jī)制、軟件錯誤以及共因故障。單點(diǎn)故障多由外部因素導(dǎo)致內(nèi)核或內(nèi)存發(fā)生大的變化，作為防止單點(diǎn)故障的關(guān)鍵措施，MPC5643L處理器同該系列其他產(chǎn)品一樣，引入了“SoR”(冗余區(qū)域)，它允許用戶以雙核鎖步模式運(yùn)行微處理器的關(guān)鍵組件，該部件可以設(shè)置為以“鎖步模式”運(yùn)行。“鎖步模式”表示控制器的這個部件同時并行運(yùn)行同一組操作。鎖步操作的輸出可以通過所謂的“冗余校驗(yàn)單元”進(jìn)行對比。這些單元測定是否已出現(xiàn)故障。如果出現(xiàn)故障，這個故障信號會轉(zhuǎn)發(fā)到一個單獨(dú)的硬件單元，即故障采集和控制單元(FCCU)。

MPC5643L控制器架構(gòu)提供硬件自檢(BIST)機(jī)制，用于對潛在故障進(jìn)行檢測。這些測試檢測微控制器邏輯單元，覆蓋率達(dá)到90％或更高。因此，即使當(dāng)實(shí)際應(yīng)用并未觸發(fā)所有硬件模塊的時候也可以識別出潛在故瞳。

由于MPCS643L架構(gòu)的冗余組件共享一個系統(tǒng)資源，可能引發(fā)共因故障。典型例子是系統(tǒng)時鐘或供電，它們可能以相同的方式影響到芯片組件的時鐘并可能造成同樣的故障。因此，在鎖步模式下，“冗余區(qū)域”的兩個通道都運(yùn)行同樣的軟件，此類共因故障不會被檢測出。

MPC5643L提供用于時鐘偏差和主要電壓偏差(如內(nèi)部核心電壓、閃存供電電壓等)的硬件監(jiān)測模塊。

故障采集和處理單元(FCCU)是MPC5643L功能性安全架構(gòu)的一個核心組件。旨在簡化控制器水平的故障報告和安全要求嚴(yán)苛應(yīng)用的管理。它提供一個冗余硬件通道，當(dāng)存在重大故障的時候，該通道能夠?qū)崿F(xiàn)在安全的狀態(tài)下對器件進(jìn)行管理，這一操作無須CPU干預(yù)。

故障采集單元可以處理控制器的內(nèi)部信號并讓用戶選擇不同的故障信號處理方式。

為了確保在其它控制器模塊或主內(nèi)核出現(xiàn)故障的時候FCCU的獨(dú)立性，該模塊運(yùn)行在一個獨(dú)立的16MHz內(nèi)部RC時鐘上，因此確保了對輸出信號和時間的最終計算。