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汽車電子硬件開發(fā)常用的安全機(jī)制
(1)鎖步核
鎖步核是針對(duì)芯片的一種常見的用于實(shí)現(xiàn)高診斷覆蓋率的安全機(jī)制。它的實(shí)現(xiàn)方法是：
兩個(gè)核運(yùn)行同樣的程序，將結(jié)果輸入一個(gè)比較邏輯，周期性地比較兩個(gè)核的輸出結(jié)果是否相同。如果相同，則繼續(xù)運(yùn)行；否則，可以采取滿足安全要求的重啟或其他故障恢復(fù)機(jī)制。如果在一段時(shí)間后錯(cuò)誤無(wú)法恢復(fù)，則需要在指定的安全時(shí)間內(nèi)進(jìn)入故障安全狀態(tài)。
雙核鎖步是實(shí)現(xiàn)鎖步核的一種方法。如圖5-10所示， 一個(gè)芯片中包含兩個(gè)相同的處理器。一個(gè)作為主處理器，一個(gè)作為從處理器。它們執(zhí)行相同的代碼并嚴(yán)格同步，主處理器可以訪問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)存并輸出指令，而從處理器不斷執(zhí)行主處理器獲取的指令。從處理器產(chǎn)生的輸出(包括地址位和數(shù)據(jù)位)發(fā)送到比較邏輯模塊，由主處理器和從處理器總線接口的比較器組成，檢查它們之間的數(shù)據(jù)、地址和控制線的一致性。 一旦輸出不匹配，通常會(huì)標(biāo)記故障并執(zhí)行重啟。需要注意的是，雖然我們可以檢測(cè)到兩個(gè)總線的不一致，從而發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)處理器存在故障，但這時(shí)候并不能確定是哪一個(gè)處理器存在故障。這種架構(gòu)的好處是使得CPU自檢獨(dú)立于應(yīng)用軟件，不需要執(zhí)行專門的指令集自檢，實(shí)際運(yùn)行的軟件指令在每個(gè)時(shí)鐘周期都進(jìn)行比較，只需要測(cè)試軟件用到的CPU 資源。然而，這種架構(gòu)不會(huì)對(duì)內(nèi)存和總線進(jìn)行檢測(cè)，因此需要增加單獨(dú)的檢測(cè)方法，以避免兩個(gè)處理器的共因故障。
圖 5-10 典型雙核鎖步架構(gòu)
在實(shí)際應(yīng)用中，延遲鎖步是一種實(shí)現(xiàn)方法。如圖5-11所示，與雙核鎖步不同的是，在芯片設(shè)計(jì)過(guò)程中，其中一路核的輸入信號(hào)路徑上設(shè)置了N 個(gè)時(shí)鐘周期的延遲，而在另一路核的輸出信號(hào)路徑上也延遲N 個(gè)時(shí)鐘周期，然后在統(tǒng)一的比較邏輯模塊上檢查它們的數(shù)據(jù)一致性。 如果發(fā)現(xiàn)不一致，通常會(huì)標(biāo)記故障或者重啟。除了繼承雙核鎖步的好處外，這種方法還可以大大降低兩個(gè)CPU 同時(shí)發(fā)生共因故障(如噪聲脈沖)的概率。當(dāng)然，從實(shí)現(xiàn)難度上來(lái)說(shuō)，延遲鎖步比雙核鎖步更加困難。
(2) 基于軟件的指令集測(cè)試
STL(Software Test Library)是功能安全相關(guān)軟件的測(cè)試庫(kù)，通常包含一組測(cè)試函數(shù)。每個(gè)函數(shù)針對(duì)一個(gè)或多個(gè)指令集進(jìn)行測(cè)試，并返回測(cè)試結(jié)果。
圖 5-11 延遲鎖步架構(gòu)
STL 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)永久性故障的診斷覆蓋，同時(shí)最大限度地減小對(duì)系統(tǒng)可用性的影響。它的好處一般體現(xiàn)在以下幾方面。
可通過(guò)選擇不同的測(cè)試集來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯模塊的診斷，以滿足不同的診斷覆蓋率要求。
可靈活選擇測(cè)試集及運(yùn)行時(shí)間間隔，以滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景需求。
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