當今汽車行業(yè)正在加速創(chuàng)新，新能源和自動駕駛汽車的發(fā)展越來越快。隨著車輛控制正在從人類控制轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕v自主控制迫像，更多的傳感器、攝像頭误即、雷達等被應用到到汽車系統(tǒng)中薇兆，數(shù)據(jù)處理需求也隨之增加，這就需要更大的SoC來提供更多的計算性能捅腋，還要盡可能降低故障率肯矾。為了滿足這些需求，行業(yè)急需更先進的處理器架構(gòu)胧含。

什么是ISO 26262需复？

在汽車行業(yè)有一個功能安全標準——ISO 26262，該標準定義了不同的汽車安全完整性等級(ASIL)。ISO 26262 標準包括隨機硬件故障的可接受失效時間 (FIT) 概念拓郑，還規(guī)定了硬件哨遭、軟件和組合系統(tǒng)開發(fā)應遵循的系統(tǒng)化流程要求，以符合汽車標準节霸。 為了幫助ASIL與汽車用例及其安全關(guān)鍵性保持一致骑跳，ISO 26262 標準主要參考三大要素：

• 暴露概率：典型駕駛中發(fā)生此事件的頻率

• 駕駛員的可控性：駕駛員應對故障的可能性

• 故障的嚴重性：因故障引發(fā)事故的可能性

圖1顯示了如何通過以上幾個要素來判斷車輛的ASIL安全等級。

圖1：以車輛前向碰撞警告系統(tǒng)為例怒医，其暴露概率 (E4)炉抒、可控性 (C3) 和嚴重性 (S3) 共同決定了其需要符合 ASIL D安全等級

隨著汽車自動駕駛等級的提高，駕駛員的可控性也隨之降低稚叹。如果汽車系統(tǒng)中發(fā)生故障焰薄，則可能導致碰撞。ISO 26262 將故障分為兩種：

• 系統(tǒng)故障

• 隨機硬件故障：分為永久性和瞬態(tài)性兩種

系統(tǒng)故障在硬件和軟件中都會出現(xiàn)扒袖，所以最好在軟硬件模塊的開發(fā)過程中就要引入安全保護機制塞茅。在隨機硬件故障中，永久性故障是指由硬件裝置的磨損引起季率，發(fā)生（例如：短路）之后會無限期地（或至少在修復前）持續(xù)野瘦。隨機故障的故障指標是硬件架構(gòu)指標，用于測量 SoC 內(nèi)安全機制的覆蓋范圍飒泻，故障指標越高鞭光，硬件架構(gòu)中故障的風險就越低。 所以泞遗，為汽車SoC開發(fā)的符合ASIL的IP需要對所有故障類型（包括永久性故障和瞬態(tài)故障）都有保護作用惰许。具體而言，對于隨機硬件故障史辙，ASIL級別定義如表1所示忧绊。

表 1：ASIL級別的故障指標

汽車需要更強大的處理能力

隨著汽車智能化的發(fā)展，例如缓贤，使用了先進的雷達系統(tǒng)，可控性或“主動輔助”水平從駕駛員轉(zhuǎn)移到車輛安全系統(tǒng)等熟督，可能會導致駕駛?cè)藛T對道路的注意力下降卿黍，因此對汽車系統(tǒng)的安全提出了更高的要求。 例如雨株，在未來的汽車應用安全性方面见拴，雷達發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。L1 級自主雷達系統(tǒng)必須展示出對環(huán)境詳細狀況的識別能力贫迫，包括兩側(cè)車流馒毙，以便根據(jù)情況作出反應。而具有更高自主性的L2+、L3等的自動駕駛功能需要擁有完整的周圍視圖疫壕，因此除了前后雷達傳感器之外映检，還需要多個角雷達和側(cè)雷達。 以上這些雷達在工作過程中產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)秸谢，需要SoC進行提取和處理凛澎。傳統(tǒng)上，這些較大SoC中的汽車MCU是基于RISC的架構(gòu)估蹄。然而塑煎，為了滿足性能要求，系統(tǒng)需要一種具有最先進的安全功能的處理器架構(gòu)臭蚁，這種架構(gòu)是一種平衡了性能最铁、功耗、面積垮兑、安全等多個因素的組合冷尉。這種組合將為未來汽車行業(yè)內(nèi)的先進安全設計以及未來其他生死攸關(guān)的安全應用奠定基礎（圖2）。

圖2. 微處理器 PPA 三角形與安全覆蓋

為汽車選擇更優(yōu)的處理器架構(gòu)

由于現(xiàn)有的RISC架構(gòu)的安全關(guān)鍵型MCU無法提供L2+所需的性能甥角。因此网严，需要將高性能處理器IP內(nèi)核與新的先進安全概念相結(jié)合。與RISC架構(gòu)對比嗤无，通過使用矢量DSP架構(gòu)震束，其提供的性能要求是標準RISC內(nèi)核的25倍。這種架構(gòu)還可以與執(zhí)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡 (ANN) 的能力相結(jié)合咸婿，用虛擬傳感器替換部分物理傳感器姚转，從而降低成本。 圖3將標準RISC架構(gòu)與標準FFT內(nèi)核的 512b寬矢量 DSP 架構(gòu)進行了比較棒嚼，從性能和功耗角度來看们敢，我們發(fā)現(xiàn)與 RISC 架構(gòu)相比，矢量DSP架構(gòu)的優(yōu)勢更為顯著啃掠。

圖 3：與FFT的RISC 相比慷训，矢量 DSP 架構(gòu)的性能和功效優(yōu)勢 

為了滿足汽車實時應用（如雷達）的性能要求，需要在高性能處理器架構(gòu)上執(zhí)行與上述 FFT 內(nèi)核基準相似的計算密集型算法键梆，譬如新思科技 DesignWare? ARC? EV7x 處理器 IP蝉橘，帶有緊密集成的深度神經(jīng)網(wǎng)絡 (DNN) 引擎。 新思科技的DesignWare? ARC? EV7xFS 嵌入式視覺處理器（圖4）完全可編程畦未，融合了軟件解決方案的靈活性和專用硬件的高性能和低功耗等特點润邑。該處理器集成了多達四個高性能 32 位標量內(nèi)核和 512 位矢量 DSP。它們是完全可編程且可配置的IP內(nèi)核保铐，采用超長指令字 (VLIW)/單指令多數(shù)據(jù) (SIMD) 架構(gòu)哄谆，并具有用于浮點和線性代數(shù)/數(shù)學計算的優(yōu)化執(zhí)行單元褥民。EV7xFS 處理器針對需要功能安全性的高性能嵌入式信號處理或視覺應用進行了優(yōu)化。為了快速準確地執(zhí)行卷積神經(jīng)網(wǎng)絡 (CNN) 或批量的 RNN/LSTM洗搂，EV7xFS Processor IP集成了可選的集成式深度神經(jīng)網(wǎng)絡(DNN) 加速器消返。 為了向汽車設計團隊提供更大的靈活性，并滿足不斷變化的要求蚕脏，ARC EV7xFS處理器提供ASIL就緒“混合”選項侦副，使用戶可以在硅后軟件中選擇高達ASIL D的安全級別。 DesignWare?ARC? EV7xFS 安全包基于以下幾點：

• 集成和可配置的安全功能驼鞭，高達ASIL D級別

• 詳細的IP安全文檔支持基于EV7xFS的系統(tǒng)認證秦驯，高達ASIL D級別

這些處理器被開發(fā)為獨立安全單元(SEooC)，這意味著挣棕，它們可以展示針對所有故障類型的故障覆蓋的證據(jù)（根據(jù) 26262中概述的指標）译隘。作為 SEooC，處理器IP的開發(fā)獨立于與特定項目或系統(tǒng)（例如洛心，車輛固耘、車輛子系統(tǒng)或 OEM 定義的項目）相關(guān)的已定義情境。ARC EV7xFS 處理器是根據(jù)已定義的功能要求词身、非功能要求厅目、安全要求和使用假設來開發(fā)的。

圖 4：新思科技 DesignWare EV7xFS 嵌入式視覺處理器 

EV7xFS 處理器的功能安全可通過非常豐富的先進硬件安全機制和非常全面的故障注入驗證和 FMEDA 后端注釋軟件測試庫 (STL) 實現(xiàn)农灯。STL開發(fā)方法是另一項具有創(chuàng)新性的先進流程修诈。 DesignWareARC功能安全 (FS) 處理器IP支持高達ASIL D的安全級別，旨在簡化安全攸關(guān)的汽車SoC開發(fā)并加快 ISO 26262 認證品扯。該組合包括ARC EM22FS投沃、SEM130FS、HS4xFS 和 EV7xFS 和 VPX5FS 安全處理器捻钢，其中集成了硬件安全功能绞艘，可檢測系統(tǒng)錯誤。

結(jié)語

由于將SoC作為符合ISO 26262標準的獨立安全單元（SEooC）進行開發(fā)稻续，其內(nèi)置的安全功能必須包括針對系統(tǒng)故障和瞬態(tài)故障的保護妈削。而只有高性能、支持安全的矢量DSP架構(gòu)滔菠，才能實現(xiàn)下一代車輛主動安全系統(tǒng)所需的性能甚岩、設計成本效益和最高的ASIL 級別。新思科技DesignWare? ARC? EV7xFS 處理器IP涕瘸，可簡化IP集成商在展示SoC級別的證據(jù)方面的工作和論證，滿足下一代汽車設計的這些需求哲泊。

（半導體行業(yè)觀察）

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