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串行NAND在汽车电子领域的应用_数据_故障

admin 2025-01-03 10:21:58 0

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在这些运用程序中,这种非易失落性内存为运用程序代码供应了存储容量,供应了可靠的操作和足够快的读取速率来支持实时实行(Execute-in-Place, XiP),即主机处理器直接从Flash运行代码,绕过外部DRAM。

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(图片来自网络侵删)

NOR Flash在ADAS观点的新兴实现中也扮演着重要角色,ADAS观点在现有的汽车中已经实现了半自治的高速公路驾驶功能,如自适应巡航掌握和车道保持。
自动驾驶技能的发展速率非常快,因此在未来几年里,越来越多的汽车程序将由包含Flash的电子系统掌握。

在ADAS,以及仪表集群和其他地方,Flash是安全关键系统中的一个组件:这样一个别系的任何不受掌握的故障都有可能使车辆变得不屈安或无法掌握。
为管理及减低系统未能按指定操作的风险,汽车业界已履行ISO26262功能安全标准,个中包括:

在设计阶段逼迫哀求对系统设计功能失落效的办法进行严格剖析

为全体系统指定非常低的最大故障率

哀求系统可靠、快速地检测功能故障

哀求系统采取可靠的方法安全生存,并从任何可预见的功能故障中规复

因此,汽车系统原始设备制造商开始哀求开拓一种新的Flash集成电路,这种电路能够比前几代设备更好地支持系统级的功能安全设计哀求。
本文研究了传统的Flash集成电路的事情模式,并解释了新汽车串行Flash产品如果要完备支持系统设计者遵守ISO26262标准的努力,将须要供应的特色。

这些功能性的安全特性很可能在串行或闪存(目前在嵌入式系统中用于勾引代码存储的闪存类型)和单级Cell (SLC) NAND闪存中都可以看到。
实际上,对付不须要很高的程序/擦除周期,也不须要实现XiP的运用程序中的代码存储,串行NAND是NOR Flash的有效替代方案。
华邦电子(华邦电子)的SLC NAND技能采取46nm工艺制造,该工艺已被证明是高质量,在功能性安全运用方面优于采取新的、更小的几何形状制造的系列NAND产品。
它还供应的数据保留期可与55-65nm或闪存相媲美。

串行NAND的上风在于其固有的低本钱——一个NAND闪存单元比NOR闪存单元小四倍。
与NOR Flash比较,NAND Flash的写入韶光要短得多,因此在实行无线(OTA)软件更新的系统中,它是一项有代价的技能。
由华邦电子供应的车载纠错码(ECC)引擎和支持跨页面和块边界的高速连续/顺序读取能力,串行NAND现在正被汽车功能安全运用程序的设计者纳入考虑范围。

诊断数据的主要性

须要解释的是,NOR闪存技能非常可靠,而且设备的运行寿命是可预测的。
而Flash集成电路没有在该领域证明自己的品质,汽车原始设备制造商对这项技能的偏爱是基于其在当今道路上数百万辆汽车上的利用履历。
ISO 26262标准规定了四个“ASIL”等级(汽车安全完全性等级)的可靠性和其他参数。
最严格的等级ASIL-D适用于最安全关键的系统,如转向系统或刹车系统,它将系统级的最大故障率设置为<10 FIT(在韶光上的故障),即每十亿个设备小时的故障率。

单点和潜在故障的最低检出率,以及ISO 26262标准规定的最大故障率

只管如此,汽车制造商为遵照ISO 26262的合规性,哀求找到一种方法来识别NOR闪存IC理论上仍旧可能发生的任何故障。
在传统设备中,用户无法得到坚持数据完全性和数据保留的功能。
这种封闭操作与功能安全原则相冲突,功能安全原则哀求主机系统监视部件的故障,或监视表明可能发生故障的不正常行为,并实行旨在保持正常功能的应对方法。

这意味着NOR Flash IC在ISO 26262兼容系统中利用时,必须向主机掌握器供应诊断数据,并供应主机修正IC操作的方法,以应对数据显示的更高的故障风险。

NOR Flash IC的两个紧张特性供应了这些数据:

ECC引擎,它通过检测和纠正读操作中的位缺点来掩护数据的完全性

许可对ECC引擎的运行进行定期测试的用户模式

ECC数据如何支持功能性安全操作

在传统的NOR Flash IC中,ECC引擎在后台运行,以多字节粒度检测和纠正位缺点,不通知主机掌握器。
然而,事实上,这些ECC[1]数据可以以各种办法促进功能性安全合规。
ECC引擎能够纠正单位缺点(当主数据位和奇偶校验位之间只有单位差异时);检测(但不纠正)双位缺点。

通过向主机掌握器供应状态寄存器,NOR闪存设备可以指示最近的读操作是否有三种可能的结果之一:

1.良好的数据,不须要纠错

2.改动缺点后的良好数据

3.无法纠正的缺点数据

这些“事后”信息可用于帮助掩护长期的数据完全性。
但ISO 26262哀求汽车系统在涌现故障时进行检测,并立即采纳相应方法。
来自华邦电子的新型自动NOR Flash IC,可通过专用缺点引脚供应实时缺点信息。
此引脚可以被断言,以指示无法纠正的数据的确切位置。
用户还可以选择缺点pin是表示纠正的单比特缺点,还是表示检测到的不可纠正的双比特缺点。

然后,主机可以利用来自状态寄存器、缺点pin或两者的信息来构建缺点寄存器——实际上是NOR Flash阵列的“映射”,记录位缺点的位置。
然后,主机可以设置一个阈值,以便当某个位置(例如某个特定块)发生的缺点数量超过这个阈值时,该位置就从内存中“退休”了。

识别潜在故障的方法

到目前为止,上述所描述的方法是关于单点故障处理,ISO 26262标准为每个ASIL等级指定了最低检出率。
但该标准还哀求汽车系统检测“潜在故障”。
潜在故障本身并没有违反功能安全哀求,但是它可以与第二个故障一起违反这些哀求。

在NOR Flash IC中,存在潜在的潜在故障- ECC引擎故障便是一个例子。
正常运行时,NOR Flash技能可靠性高,很少须要纠错。
因此,只要ECC引擎故障不会导致它缺点地纠正好位,故障常日不会引起把稳。
但是,当由于ECC引擎故障(一个潜在的故障)导致单个坏位未得到纠正时,这两个故障的组合将对功能安全构成风险。

为了检测潜在的ECC引擎故障,华邦电子的automotive NOR Flash IC供应了分外用户模式和ECC编码器读取命令:这利用户能够将主数据模式注入到内存中,并从ECC引擎中读取主数据和它天生的奇偶校验数据。
如果奇偶校验数据禁绝确,可以将ECC引擎标记为缺点。

同样,用户模式可用于检讨ECC解码操作:在用户模式下,用户将主数据和奇偶校验数据加载到ECC引擎中,并利用分外的ECC解码器Read命令将主数据读回。
在主数据和奇偶校验数据中可能会引入单位和双位缺点,检讨ECC引擎是否精确实行单位缺点校正和双位缺点检测。
华邦电子的建议是,每次系统启动时都该当实行ECC引擎检讨。

新的安全功能可用于生产部件

为了知足ADAS产品和其他汽车系统制造商的需求,华邦电子现在正在将上述功能安全特性集成到一个新汽车NOR Flash系列产品中。
Quad 3V系列具有最大80MB/s的数据传输速率,可用于256mbit和512mbit密度的采样。
1Gbit 3V部件(两个堆叠的512Mbit模具)将在2020年下半年面世。

华邦电子还将在2020年供应高密度(512Mbit和1Gbit) 1.8V的NOR闪存设备,部分设备将有四进制或八进制接口。

串行NAND具有快速的OTA更新写入韶光

华邦电子还供应了一系列具有功能性安全特性的NAND产品:3V和1.8V产品均可用于512Mbits和1Gbit采样密度,以及由两个堆叠的1Gbit模具组成的2Gbit部件。
华邦电子的第一代串行NAND系列供应的最大吞吐率为40MB/s(在1.8V部件中),在3V部件中为52MB/s。
第二代NAND系列产品W25N01JW/W25N02JW产品在1.8V部分供应了更高的80MB/s吞吐量。
这是在Quad DTR(数据传输速率)模式下实现的,并且是连续的数据输出,在页面和块边界上没有间隙。
华邦电子最近还推出了W35N01JW,这是一款1Gbit的1.8V八进制NAND闪存设备,读取速率为240MB/s,比W25N01JW快三倍。

华邦电子系列NAND产品,如1Gbit 3V W25N01GV,通过向状态寄存器供应信息来支持功能性安全合规性,该状态寄存器显示在有无ECC的情形下读出的数据是否精确或者是否不可纠正。
串行NAND页面大小为2kbytes,在扇区级别供应1-bit嵌入式ECC(512字节)。
这意味着在2kbyte页面上最多可以实行4-bit的校正。
华邦电子串行NAND还供应了在用户命令提示时读取失落败页面位置的功能。

通过为功能性安全运用程序供应SPI NOR和串行NAND办理方案,华邦电子为用户供应了根据其设计哀求选择适当的闪存类型的自由。

[1] ECC是“Error Correcting Code”的简写,ECC是一种能够实现“缺点检讨和纠正”的技能,ECC内存便是运用了这种技能的内存,一样平常多运用在做事器及图形事情站上,可提高打算机运行的稳定性和增加可靠性。

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