I6500-F如何给汽车带来功能安全?

未来:超乎想象。20世纪80年代,我还年纪尚轻,那时对电视节目及电影所描绘的未来充满惊叹。不过,值得注意的是,当时电视里所描绘的场景许多都已实现。《星际迷航》里的通讯员早已以智能手机的形式出现在数十亿人的日常生活中。我们都还记得KITT,那辆全自动驾驶汽车,会与霹雳游侠谈论汽车,还与迈克尔·奈特曾使用的通讯腕表交谈。现在,这些都已成为现实。智能手机和扬声器可以回答我们的问题,我们可以在智能手表上接电话,很快,我们的汽车将可以实现全自动驾驶。

I6500-F如何给汽车带来功能安全?

20世纪80年代,KITT将AI驱动的全自动驾驶汽车带到了荧屏上

汽车长期使用的是基于基本安全系统的电子设备,如防抱死刹车和安全气囊,这些我们已认为理所当然。但是现在,高端汽车中已经引入更先进的系统,如通过手势控制的信息娱乐系统。当然,还有一些使用眼动追踪来监视驾驶员的专注力,以确保他们处于警觉状态。与此同时,世界正朝着能预见及思考自身的自主技术发展。事实上,自主技术在一些高端汽车上已经实现,如某些环境下驾驶员无需操作驾驶盘便可驱动汽车。Tesla Model S和Mercedes–Benz E-class在高速公路行驶可以自行更改轨道,Nisan Qashqai和Ford Focus不需要手动操作方向盘便可以完成倒车。

安全需求

然而,这仅仅只是开始。最终,不管是交通拥挤的城市道路,还是高速公路,汽车将全面实现全自动驾驶。这将带来很多优势,而最大的福音就是挽救生命。不过,根据世界卫生组织(WHO)的数据显示,尽管安全带和安全气囊等安全系统已取得了长足的进步,但交通事故造成的死亡人数仍在增加。这是由以下几个因素造成的。首先,随着人民生活水平的提高,许多人拥有一辆甚至二辆汽车,道路上汽车的数量正与日俱增。尤其是年轻人正处于这一风险之中。根据世界卫生组织的数据,15至 29岁人群死亡的十大原因中,交通事故居于首位。

汽车使用者和行人是交通事故的主要受害者,尽管安全装置已普及使用,如安全带、安全气囊等,防撞保护等安全装置的要求也更为严格,但交通事故引起的死亡人数每年仍增加120万人左右。

I6500-F如何给汽车带来功能安全?

全球交通事故引起的死亡事件率仍在增长

从统计数据中可以清楚地看出,交通事故的主要原因是人为失误。把犯错的人带离这个等式,毫无疑问,死亡人数会大幅下降。

因事故带来的财力损失十分巨大,估计占世界GDP的3%。摩根士丹利(Morgan Stanley)预估,2025年后,全自动驾驶汽车节省的财力成本可能高达1.3万亿美元。汽车拥堵带来的另一个影响是污染,且被认为是十分危险的因素。

这些是可以解决的问题。新基础设施如5G速度快,响应及时,汽车几乎能实时通信。这将使自动汽车可以通过车辆对车辆(V2V)和车辆对基础设施(V2I)控制通信。这样,车队技术便可以实现,即让卡车紧密连在一起,形成车队,以减少阻力,提高燃料效率。且没有驾驶员,它们也可以在夜间行驶,以减少白天道路的拥堵。

长远来看,我们将实现完全一体化的运输系统,在这个系统中,所有车辆都能相互了解,并且能以一种高效、无事故的方式行驶——唯一的受害者可能是红绿灯。

不断前进

很明显,若要不断向前发展,庇护人类的未来,自动驾驶汽车是唯一的方法。车迷和寻求刺激的人可能会在专用车道上找点乐子,因为手动驾驶仅限于摩托车和热爱赛车人士,或甚至是通过虚拟现实才能实现。

很明显,若要不断向前发展,庇护人类的未来,自动驾驶汽车是唯一的方法。车迷和寻求刺激的人可能会在专用车道上找点乐子,因为手动驾驶仅限于摩托车和热爱赛车人士,或甚至是通过虚拟现实才能实现。

有一个信任技术的先例。目前,安全气囊是一种成熟的技术,当需要的时候,我们才依靠它们来部署,但在撞击后的关键毫秒里,安全气囊的操作是完全必要的。对于汽车,我们也应该存有相同的信心,尤其是汽车为我们刹车、改变车道,甚至是载着我们在熙熙攘攘的街道上行驶时。

何为功能安全?

为了达到这种程度的信任,汽车业必须符合ISO 26262行业安全标准。ISO 26262是针对汽车行业的特定标准,建立在针对诸多行业安全的通用IEC 61508标准上。

ISO 26262要求电子设备在功能上是安全的。这里指的是,需要系统安全可靠地运行而不造成伤害。ISO 26262包含四层关键的安全级别,即汽车安全完整性等级(ASIL)。ASIL A是最低等级,ASIL D是最高等级。ASIL B通常需要定期检查是否正常运作,而ASIL D要求冗余,且通常通过双核锁步来实现——同时使用两个处理器,并比较输出,以检测它们是否一致——如果不一致,那么就采取适当的行动。

虽然ISO 26262是一个标准,但并非法律强制要求遵守。任何制造商都可以在欧洲销售汽车,只要他们满足型式认可的规定,并获得合格证书。然而,为了避免组件问题上的责任,他们必须证明,根据开发时的“工艺的技术状态”,设备没有任何理论上的故障。这意味着,他们必须采用最为广为普及和应用的汽车标准——ISO 26262便是鲜明的例子。因此,虽然没有法律要求,但在默认情况下,遵守ISO 26262是必要的,以防止任何潜在的责任问题或出现意外的错误。他们必须确保,所有系统的组件都来自符合安全标准和流程的供应商。

I6500-F如何给汽车带来功能安全?

不同的汽车部件对功能安全的要求不同

遵守ISO 26262则需要组织内具有完整的“安全文化”。达标很直接,但坚守准则需要持续的努力。它要求安全工作的证据,以及对硬件和软件所有决策具有可追溯性。产品必须经过技术安全评估和QA流程的审核。

多年来,汽车制造商的零部件供应商并不要求他们的IP供应商完成这项工作。相反,他们自己进行了这项工作,并有效地承担了责任。然而,随着IP设计的数量增大及复杂性提升,SoC厂商要进行这种操作将变得过于繁琐。ISO 26262已经对此适应。2011年引入ISO 26262时,它由10个部分组成,第11部分目前正在起草中,涉及IP供应商达标的要求。对于IP供应商,接下来的压力是将全面承担涉及到的工作,而这正是Imagination 目前所做的关于MIPS I6500-F的工作。

MIPS I6500-F:智能、迅速且安全

发布于去年的MIPS I6500 - F是Imagination对MIPS I6500在功能安全上的更新。重要的是,除了硬件本身,Imagination还为用户提供了一个完整的安全工作产品包。我们的工作并非未经检验。事实上,ResilTech,即遵循国际安全标准的独立的第三方评估机构,已经对我们进行严格评估并出具FMEDA安全分析报告。这将有助于用户满足ISO 26262的安全要求。

I6500-F如何给汽车带来功能安全?

MIPS I6500-F在汽车、工业机器人和商用无人机等领域提供高性能的功能安全

除此之外,Imagination还可以提供一个安全的咨询支持方案,帮助用户将我们的IP集成到SoC中,并在SoC层准备安全分析,以确保用户符合ISO 26262。

从硬件角度来看,I6500-F的内部安全机制包括:缓存内存中的ECC、总线的奇偶性、冗余逻辑以及运行时对LBIST的支持。

I6500 - F与其他功能安全CPU的区别在于性能。由于其内部和外部的异构性,它具有高度的可延展性。您可以阅读更多有关架构体系的文章,但它可以归结为,在内核、集群内以及集群中,它可以灵活地被设计。SoC的构建器将以最适合的方式,在系统中配置CPU、CPU集群和其他加速器,从而根据需要提供理想的解决方案。

在集群中,只要合适,SoC构建器可以配置CPU,使第1级内存缓存的大小不同,调整支持的线程数量,并选择是否实现SIMD或FPU。集群中的内核甚至可以以不同的电压和时钟速度运行,从而使系统达到最高效。设计者可以选择一个内核组合来满足高性能、单线程、高效多线程和高效的功率优化需求,所有这些都在一个集群之内。由于与所有本地第1级缓存共享了第2级缓存和硬件一致性,内核之间的任务传输速度加快。

在集群之外,异构来自于I6500使用的行业标准Amba ACE的一致结构,使之能与其他IP集成,如:专用加速器,包括用于图形的加速器。

从本质上讲,I6500的总体异构架构适合于新兴的智能应用程序,如AI,通过专用加速提高效率至关重要,可以确保有效的性能。

多线程和虚拟化

MIPS架构目前是唯一的嵌入式CPU IP,可以提供硬件多线程,支持四个线程,且能够在每个时钟周期内同时运行两个指令。当开发人员优化应用程序来使用这个功能时,将启用一个附加的并发线程,使单线程内核的性能提升40%。

I6500-F如何给汽车带来功能安全?

在I6500 - F中,SMT在单线程内核中的平均性能提升了40%

多线程的优势不仅仅是理论上的:用户如Mobileye和其他许多用户都报告了实际的结果。Mobileye使用多线程,在用于全自动驾驶汽车处理系统的EyeQ4®和即将发布的EyeQ5®中进行控制和数据管理。

此外,在I6500 - F中支持硬件虚拟化,使CPU可以运行多个分区来保护数据,这可能在全自动驾驶汽车中至关重要。

I6500-F如何给汽车带来功能安全?

I6500 - F的独特之处在于,它是“独立安全单元”(SEooC)。意思是,这是可重复使用的IP,而不是只处理一个特定的客户解决方案,它可以与任何需要功能安全的系统一起工作。因此,I6500-F被认为是SoC ASIL-D的一部分。

一个典型的例子是汽车视觉公司Mobileye即将发布的EyeQ®5 Mobileye。

这不仅大大简化了汽车用户获得所需安全层级的任务,而且还能更有效地达到这个目标。

性能与安全的结合

有了MIPS I6500 – F,Imagination为安全关键的空间引入了一个独特的选项。当其他IP供应商只能够提供功能安全的CPU或高性能的嵌入式CPU时,I6500 – F则可以同时兼顾安全和性能。我们将这种新型的嵌入式、高性能、功能安全的CPU称为“FortifAI”处理器,它将能够满足FuSa兼容系统复杂的需求,领域横跨汽车、工业物联网、机器人技术和其他新兴安全关键应用程序。

这足以证明I6500 - F的实力。Mobileye等用户已经在下一代EyeQ5 SoC中部署了CPU。这将加强对2020年全自动驾驶汽车的了解,至少对一些人来说,这将标志着我们童年梦想的全自动驾驶汽车从幻想变为现实。

如果您有兴趣与我们进一步讨论I6500 -F,请与我们保持联系

原文链接:
https://www.imgtec.com/blog/introducing-the-i6500-f-for-functional-safety/

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