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汽車電子硬件開發(fā)常用的安全機制
(1)鎖步核
鎖步核是針對芯片的一種常見的用于實現(xiàn)高診斷覆蓋率的安全機制。它的實現(xiàn)方法是：
兩個核運行同樣的程序，將結(jié)果輸入一個比較邏輯，周期性地比較兩個核的輸出結(jié)果是否相同。如果相同，則繼續(xù)運行；否則，可以采取滿足安全要求的重啟或其他故障恢復(fù)機制。如果在一段時間后錯誤無法恢復(fù)，則需要在指定的安全時間內(nèi)進(jìn)入故障安全狀態(tài)。
雙核鎖步是實現(xiàn)鎖步核的一種方法。如圖5-10所示， 一個芯片中包含兩個相同的處理器。一個作為主處理器，一個作為從處理器。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，雖然我們可以檢測到兩個總線的不一致，從而發(fā)現(xiàn)其中一個處理器存在故障，但這時候并不能確定是哪一個處理器存在故障。這種架構(gòu)的好處是使得CPU自檢獨立于應(yīng)用軟件，不需要執(zhí)行專門的指令集自檢，實際運行的軟件指令在每個時鐘周期都進(jìn)行比較，只需要測試軟件用到的CPU 資源。然而，這種架構(gòu)不會對內(nèi)存和總線進(jìn)行檢測，因此需要增加單獨的檢測方法，以避免兩個處理器的共因故障。
圖 5-10 典型雙核鎖步架構(gòu)
在實際應(yīng)用中，延遲鎖步是一種實現(xiàn)方法。如圖5-11所示，與雙核鎖步不同的是，在芯片設(shè)計過程中，其中一路核的輸入信號路徑上設(shè)置了N 個時鐘周期的延遲，而在另一路核的輸出信號路徑上也延遲N 個時鐘周期，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CPU 同時發(fā)生共因故障(如噪聲脈沖)的概率。當(dāng)然，從實現(xiàn)難度上來說，延遲鎖步比雙核鎖步更加困難。
(2) 基于軟件的指令集測試
STL(Software Test Library)是功能安全相關(guān)軟件的測試庫，通常包含一組測試函數(shù)。每個函數(shù)針對一個或多個指令集進(jìn)行測試，并返回測試結(jié)果。
圖 5-11 延遲鎖步架構(gòu)
STL 可以實現(xiàn)對永久性故障的診斷覆蓋，同時最大限度地減小對系統(tǒng)可用性的影響。它的好處一般體現(xiàn)在以下幾方面。
可通過選擇不同的測試集來實現(xiàn)對邏輯模塊的診斷，以滿足不同的診斷覆蓋率要求。
可靈活選擇測試集及運行時間間隔，以滿足不同的應(yīng)用場景需求。
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