汽车制造商看好闪存应用

2004年9月A版

　　自从几年前开始，闪存技术变为通用消费电子产品熟知和受欢迎的元件，例如它广泛用于成长中的数码相机和MP3播放器市场。在汽车业亦出现相似的成长。

　　导致许多工厂大量使用闪存的原因是，越来越多的汽车引入微控制器单元(MCU)。MCU正在降低传统上使用纯机械元件来实现的许多汽车特性的成本。防抱死制动系统(ABS)就是一个例子，早期使用许多液压执行器和杠杆去实现制动控制，现在ABS采用功能强大的容错MCU执行芯片上存储器的代码来实现。

　　类似地，机械喷油系统在20年前开始由成本低得多的电子燃料喷油系统所代替。在这些系统中，MCU具有足够的带宽来构成附加的复杂性能，以满足废气排放规定和改善驱动能力。MCU还帮助汽车内的电线系统减少接线数量和复杂性，而且在汽车内不同节点之间执行传输信息的网络协议。

使用闪存的原因

　　为什么在汽车应用中选用闪存技术而不选用成本更低的只读存储器ROM？简要的答案是灵活性。闪存让汽车制造厂在车间的最后一分钟才配置车辆的特性集和控制算法，这样一来，在同一生产线上可装配针对不同市场或不同用户选择的车辆。这种效能对于整个设计—供应—制造链是至关重要的，MCU供应商的专用零件库存量可减少，甚至完全取消。在开发阶段中MCU非常有用，闪存在原位重新编程可缩短软件开发周期，无需对引擎作最后校准。

　　闪存技术要克服许多困难。首先是苛刻的汽车环境，车用MCU是在严酷的环境下工作的。为了成本的原因，MCU直接暴露在简直可使PC芯片组融化的条件下。工作温度范围-40至+125℃，在最高温度下只允许芯片从不许超过150℃结温获得25℃的梯度。采用KGD(已知良好裸片)封装法可将最高环境温度提高到145℃，而且周围没有安装风扇。

　　成本因素是另一困难。某些特点虽然诱人，但是超过一定价格时消费者就不会接受。众所周知，汽车工业有许多降低成本的办法，包括增加集成化、小型化和机电化等。

片上和板上的闪存

　　片上闪存对降低汽车成本是有效的元件。另外还有这样的好处，相对片外闪存产品来说，汽车电子制造厂不会受到定货价格和交货期限的压力。同时片上闪存没有高速的外部总线，对车内无线电和移动手机等设备产生的辐射干扰就可能避免。

　　高度集中和带有片上闪存的MCU是Freescale公司的与PowerPC指令集兼容的MPC565，它是由摩托罗拉的0.25mm工艺制作的嵌入式、非挥发性的存储器晶圆产品，采用高密度的单晶体管闪存比特单元。它的逻辑芯核用2.6V电源供电，其外设维持与外部高达5V的电压兼容。内部闪存分成各有512K字节的两个区。

　　当存储器配置成分开的两个区时，代码可在一个区内运行，而另一个区正在编程，甚至在生产线现场编程。采用两个闪存区便于在运行代码时进行在线校准，这是非常重要的配置，因为许多数据常数必须动态更新，以便车辆在启动中获得精细的调节。嵌入式硬件擦除和编程算法甚至在将来都使校准过程简化。

　　片上闪存打破外接存储器所遇到的速度限制，使时钟速率达到40MHz。例如，Freescale的MPC565有独立的32字节片上页面缓存器，用于从存储器读取暂存的数据和指令流。利用扩展的突发方式，MPC565比等效的外接闪存系统在性能上提高200%。

自动防止窜改

　　为了防止装有MCU的电子控制模块被窜改，甚至软IP被窃取，片上安全特性可执行阻止非授权的闪存读数。例如MPC565的防窜改特性可禁止从外部存储器接口或通过排错工具进入内部闪存，但仍可由内部闪存运行代码。采用外部闪存就不具备这种优点。

　　当有人试图通过芯片的排错端口或它的外部总线进入片上闪存时，选择特性即被启动。通常在没有外部进入情况下，内部代码从片上闪存以全速执行。在试图利用工具连接到端口或总线上窥视代码时，芯片将停止运行、防止被子窥视或下载内部闪存的内容。采用外部闪存时，从芯片的物理引脚随时可连接到外部存储器而观察到指令和数据。

减缓信息

　　系统设计师难办的是确定片上闪存容量，因为经常观察到软件程序越来越大，从现在看来片上存储器容量是足够了，而在项目结束时又不够用。

　　Freescale公司另一种MCU566支持集成的代码压缩，以解决片上程序容量太大的问题，它将1M字节的片上闪存增加到2M字节。这种减小存储程序和数据代码容量的压缩法不会影响芯片性能，因为在MPC566执行代码前，代码经过实时的由流水线和数据字典RAM的解压缩处理。片上硬件保证代码执行性能与未压缩代码获得的性能几乎完全等效。

　　时钟为56MHz的MPC566在非压缩方式下运行Dhrystone基准测试程序的速率是89VAX MIPS，在压缩方式下的速率是85VAX MIPS(VAX MIPS是一种计算机工业标准，89VAX MIPS表示MPC565的运行速率比VAX11/780小型计算机快89倍)。

　　集成闪存技术近几年已经很成熟，例如Freescale公司等制造厂的闪存可达到数据保留时间15年和写入/擦除周期1000次的有用性能。MPC565和MPC566采用5V和2.5V电源，使用0.25mm工艺、汽车质量和浮栅制程。除了1M字节片上闪存，还有36K字节片上RAM和片上浮点运算协处理器，70条定时I/O通道和40通道ADC。两种芯片都用球栅间距1mm的388PBGA封装，在低价位下提供高集成度和性能。(李季)