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发生。任何对非安全引脚的访问都不会<br />
破坏安全引脚的状态,因为安全引脚只<br />
受安全相关代码的管理。这种构思的具<br />
体描述见图 4。<br />
另外,还能够根据应用或处理该应<br />
用的软件组件的需求定制每个 GPIO 端<br />
口的大小,从而避免将 GPIO 端口转换<br />
为不同应用共享的物理资源,如MCU<br />
端口的情况。用这种方法,FPGA中每<br />
一个由不同软件组件(比如车窗升降<br />
器、雨刷、外后视镜等)管理的应用都<br />
能够将自己特定的端口映射到系统存储<br />
映射中特定的寄存器。这在 MCU 平台<br />
上无法做到,因为 MCU的端口有固定<br />
尺寸(一般为8、16 或 32 位宽)且按<br />
字长寻址,而非按位寻址。因此在采用<br />
MCU 的情况下,这种控制寄存器在程<br />
序执行的时候变成了有多个 SWC 访问<br />
的共享资源。<br />
这种基于冗余的安全策略是选择可编程逻辑的<br />
又一理由,因为可编程逻辑能够在同一器件中<br />
我们可以把用于 GPIO 控制器的策<br />
略 扩 展 用 于 其 它 标 准 外 设 。 这 样<br />
AUTOSAR 借助 SWC 概念在顶层提倡的<br />
功能分区和隔离思路也可以在可编程硬件<br />
的帮助下推广运用到较低层的资源上。这<br />
种技术如果采用基于标准 MCU 器件的<br />
静态硬件解决方案是无法实现的。<br />
我们上文介绍的用于 MCU 标准外<br />
设的隔离策略也可以用于安全功能的各<br />
多次例化多个相同、独立的处理引擎。<br />
个通道或数据路径。这一特性尤其适用<br />
于按 ISO 26262 标准的 ASIL 分级组织<br />
的精细分类安全目标(见侧边栏)。此<br />
项功能可用于将各个通道或者数据路径<br />
分解成较低 ASIL 级别的冗余分区,这<br />
样每一个通道或路径都以冗余方式运<br />
行,后续根据各自的新级别予以实现。<br />
这种基于冗余的安全策略是选择可编程<br />
逻辑的又一理由,因为可编程逻辑能够<br />
在同一器件中多次例化多个相同、独立<br />
的处理引擎。另外,满足某个 ASIL 级<br />
别的要求用架构方法(硬件)往往比用<br />
抽象软件能够更轻松明晰地证明,特别<br />
是像抗干扰这样的功能。C 编程语言中<br />
的栈溢出或是数据指针处理不当可能会<br />
给系统带来出乎意料的安全性问题。<br />
可编程逻辑的灵活性及其对功能安<br />
全的适用性还带来另一项设计优势,就<br />
是可以采用三模冗余 (TMR) 策略。这<br />
是航空航天应用中用于缓解单粒子翻转<br />
(SEU) 风险的常见方法。这种缓解方案<br />
由三个相同逻辑电路构成,并行执行相<br />
同的任务,对应的输出由一个多数表决<br />
电路进行比较。采用硬件实现这种策略<br />
效率很高。<br />
另外,在这个高度关注成本和功耗<br />
的市场上,赛灵思 Zynq-7000 EPP等<br />
一些可编程逻辑器件能够支持多项降低<br />
系统总体功耗的功能,其中的部分功能<br />
是从 MCU 继承而来。像处理系统的仅<br />
加电模式、休眠模式和外设独立时钟域<br />
这样的功能能够大幅降低器件待机<strong>期</strong>间<br />
的动态功耗。<br />
某些可编程逻辑器件在结构中配备<br />
有硬核处理器,便于设计人员第一步先<br />
用软件开发整个系统功能,就像他们寻<br />
常在 MCU 平台上所做的一样,随后逐<br />
步地在设计中增加硬件,将部分设计移<br />
植到可编程逻辑资源。这种方法能够让<br />
设计人员为解决方案开发出不同的版<br />
本,而且与纯软件方法相比,能够实现<br />
在定制硬件中综合部分功能的优势。<br />
在运行时可重配置硬件上进行<br />
ECU 设计<br />
汽 车 应 用 领 域 的 出 色 表 现<br />
在探讨完毕借助可编程逻辑在静态<br />
硬件和软件上实现 ECU 的优势后,我<br />
们接下来探讨采用基于 SRAM 并具备<br />
运行时部分可重配置功能的 FPGA 设<br />
计 ECU。部分可重配置技术能够为汽<br />
车设计人员提供更多优势。<br />
事实上,其中的一大优势是如果<br />
FPGA 包含有不必在启动时(如在<br />
ECU 唤醒或加电)配置的部分可重配<br />
置区域,可以缩短系统启动时间。不支<br />
持动态部分可重配置的 FPGA 在加电<br />
2012 年第 1 季度 21
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