摘要：

隨著汽車逐漸發(fā)展成為高度集成的交通、信息和娛樂系統(tǒng)，其半導體成分不斷增多。如今的汽車包含了數以十計的處理器、大量的傳感器和各類控制、安全、舒適及通信系統(tǒng)。所有這些系統(tǒng)都需要非易失性存儲。

關鍵字：非易失性存儲；汽車系統(tǒng)

車載系統(tǒng)的存儲器有多種不同形式，其容量少則只有數百位，用于存儲ID和傳感器數據，多則高達數兆字節(jié)，用于保存復雜的固件程序。不同系統(tǒng)對非易失性存儲器（NVM）的要求不同，但無一例外都希望它便宜、可靠、安全并易于在系統(tǒng)中實現。本文深入探討了一些常見應用，闡述了它們所需要的存儲器要求和特性。

固件存儲

如今的汽車可謂是真正的個人汽車系統(tǒng)，其中包含了眾多依賴MCU工作的電子子系統(tǒng)，如制動系統(tǒng)、電子穩(wěn)定裝置、巡航控制、發(fā)動機控制、電源管理和儀表板等。這些處理器需要總計數百萬行的軟件代碼，而所有代碼都必須存儲在NVM中。目前存儲這些代碼的技術是與MCU相嵌在一起的閃存。

除了閃存，也可以選用一次性可編程（OTP）存儲器，如用掩膜可配置ROM來存儲代碼。不過，這種方法缺乏現場可編程能力，此后就不可能對代碼進行升級以修正問題或是增強系統(tǒng)的功能組合。現場可編程能力還讓MCU制造商得以延長其車載產品的壽命，支持新的汽車款式。

MCU供應商已經轉向采用嵌入式閃存來進行固件存儲，因為嵌入式閃存現場可編程。但嵌入式閃存需要浮柵技術，這使得MCU芯片的制造成本增加了 30-50%。此外，由于通過電壓對比或其它掃描技術就可以讀取代表著MCU廠商知識產權的閃存內容，閃存在固件存儲方面還存在著安全隱患。

如果現場可編程OTP存儲器外型小巧的話，通過在系統(tǒng)級將其設計為“數次可編程”，可以利用它來代替閃存以存儲程序。MCU供應商能做的，就是除了存儲現有程序代碼的扇區(qū)外，還在OTP存儲器中留出一個或多個未指定扇區(qū)。若需對某個程序代碼模塊進行升級，就把被升級的模塊編程入一個未用存儲扇區(qū)，讓控制邏輯轉而指向升級后的模塊（見圖1）。這種技術還可用于其它車載系統(tǒng)，如傳感器校準和數字版權管理（DRM）密鑰，本文稍后將對此進行探討。

對于價格不貴而又性能可靠的嵌入式NVM而言，在嵌入式MCU中進行可編程固件存儲是一個理想的應用領域。這種存儲器價格必須非常低廉，不會增加任何額外的芯片制造成本。此外，它必須高度可靠，必須能夠在汽車的高溫工作環(huán)境中正常運行。

傳感器校準

如今汽車使用了許多并不昂貴的傳感器，這些傳感器可用于引擎控制、駕駛員輔助及安全裝置和舒適性子系統(tǒng)，能夠監(jiān)控許多關鍵參數，如安全氣囊準備就緒情況、輪胎氣壓、引擎溫度、進氣歧管壓力、光亮度、電池和電氣子系統(tǒng)電壓、用于制動和轉向控制的汽車定位，以及各種溫度控制及其它舒適性配置。很多情況下，這些模擬傳感器都被配置成壓阻式橋網絡，供汽車系統(tǒng)將物理參數轉變?yōu)殡姎庑盘枺源藴y量壓力、溫度或濕度等模擬參數。

用于電子信號轉換的物理參數通常是低電平、非線性的，且與溫度密切相關。設計人員需要進行一些信號調節(jié)工作，以此放大和校準傳感器信號在靈敏度、偏移和非線性度等方面的器件間隨機變化，并讓它不再受溫度影響，從而為系統(tǒng)構建一個線性而精確的信號。在傳感器校準方面，另一個問題是偏移或靈敏度這類參數因系統(tǒng)而異，需要對每個傳感器和調節(jié)電路分別進行現場校準。

有幾家車載半導體制造商在提供能夠對橋式傳感器進行放大、校準并做溫度補償的芯片。它們通常利用1個微控制器來數字式控制1個或多個DAC，把一組傳感器校準系數編程到一個EEPROM（嵌入式或外部皆可）中，創(chuàng)建一個查找表（見圖2）。

不過，EEPOM這類存儲器不太適合于汽車環(huán)境，因為工作溫度過高會造成數據丟失或崩潰，這可能造成傳感器模塊不能被校準，而系統(tǒng)誤認為信號是正確的。對于那些用于制動或轉向的安規(guī)系統(tǒng)而言，這種校準=的缺失是無法接受的。雖然這些系統(tǒng)可采用某種EEPROM誤差檢查以及校準機制，但這又增加了系統(tǒng)的成本和復雜性。

因此，傳感器校準可謂嵌入式NVM的又一個理想應用領域。嵌入式NVM帶有信號放大和調節(jié)芯片，可對模擬傳感器（MCU使用其輸入）信號進行校準和調整。為了降低系統(tǒng)成本，這種存儲器價格必須非常價廉，不增加任何額外的芯片制造成本。除了高可靠性和低成本之外，用于車載系統(tǒng)中模擬信號校準的NVM 還必須能夠在汽車的高溫工作環(huán)境中正常運行。

數字版權管理

隨著車載娛樂系統(tǒng)的發(fā)展，在汽車娛樂系統(tǒng)與外部信息源交換音頻視頻內容時，非易失性存儲器需要支持數字版權管理（DRM）。這里使用的存儲器必須價格不貴，更重要的是，必須高度安全，因為內容代表著其開發(fā)商寶貴的知識產權。

確保數字內容只被授權設備接收到的最常用方法是采用加密和解密密鑰，并且只有授權設備知道正確的密鑰值。密鑰存儲的成本必須價廉，而密鑰安全性能應受到良好保護，這樣才能保障嵌入式NVM的高度安全性。密鑰可能必須予以更新，這就排除了使用ROM或嵌入式熔絲的可能性。閃存可以作為一項選擇，但其安全性欠佳，又增加了成本，正如本文固件存儲一節(jié)中所述，故娛樂系統(tǒng)、汽車及其它領先制造商轉而考慮其它類型的嵌入式NVM。

由于汽車和外界信息源（比如家中的DVD播放機）之間需要進行內容交換，因此需要開發(fā)一種機制來實現內容的短距離無線傳輸。無線USB是業(yè)界倡導的一項標準，該標準今年上半年開始應用在設備領域。無線USB通信需要兩項操作，即關聯和構建安全性，此二項操作都要求安全通信密鑰。關聯是在兩個無線設備之間建立可靠聯系的一次性過程。這個過程的設計確保設備被授權進行通信，并可防止未授權的連接，或兩個不相關設備間的意外連接。無線內容通信的安全性是指保護所傳輸數據的加密機制。同樣是基于成本和安全目的，無線發(fā)射器和接收器需要安全的低成本嵌入式NVM來實現關聯與安全操作電路。

車輛和零部件ID檢測

最后，電子識別存儲，如車輛ID（VID） 號碼和手機及其它車載通信系統(tǒng)ID，是安全NVM大有用武之地的又一個領域。這些應用需要價廉的低位數OTP NVM，它易于初始編程，但極難更改。在不遠的將來，汽車無疑將在其許多零部件上集成RFID標簽，從而能夠利用嵌入式OTP NVM實現ID 的無線檢測。

非易失性車載存儲器的未來

上述例子表明了多種車載系統(tǒng)對價廉而又安全的嵌入式NVM的高度依賴。現有技術“ROM、閃存和EEPROM”廣泛用于許多不同子系統(tǒng)，但它們各有其缺點。隨著車載半導體集成水平的不斷提高，新的NVM技術將為高位數和低位數應用提供價格低廉、高度可靠、適應汽車工作溫度、更安全更靈活的數據和代碼存儲。