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FRAM(鐵電存儲器)現已成功地運用于各種高可靠性應用，如工業控制系統、工業自動化系統、關鍵任務空間及高可靠性的軍事應用中。經實踐證明，FRAM是一種可信、可靠的非易失性內存技術，在大多數應用中使用的時間已超過20年。FRAM通過了AEC-Q100認證，具有高性能和高可靠性，適用于3級（-40℃ ~+85℃）和1級 （-40℃ ~ +125℃）汽車應用。高可靠性以及幾乎無限次(100萬億)寫周期，使其成為新一代汽車應用——高燃油效率、增強的安全特性、高端自動化及控制的最佳選擇之一。 FRAM可在大多數汽車子系統中用于非易失性數據記錄，如智能安全氣囊、穩定控制、動力傳動機構、儀表盤儀表、電池管理、發動機控制和娛樂信息節目應用，且能夠承受更高級別的溫度范圍。本文探討的是FRAM在汽車事故數據記錄器(即行車記錄儀)中的應用情況。 什么是EDR? 汽車事故數據記錄器（即行車記錄儀，以下簡稱EDR）在某種程度上類似于飛機和火車中的數據記錄器。EDR也被稱為汽車“黑匣子”或“碰撞記錄器”，最初是用于獲取和記錄汽車單元內不同控制模塊的數據，并利用獲取的數據進行分析，以提高未來設計中安全氣囊的性能。獲取的數據包括碰撞嚴重程度，通過測量沖擊力、車輛速度、引擎轉速、轉向輸入、油門位置、制動狀態、安全帶狀態、輪胎氣壓、警告信號及安全氣囊展開的記錄來獲取。 
圖1:車禍范例 EDR記錄的是車禍前、車禍中和車禍后幾秒內的數據長度，旨在監控和獲取有關車輛安全系統性能的數據。美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）指出，這些數據可以提供有關碰撞嚴重程度的寶貴信息，且可以用來判斷車禍發生時汽車是否操作得當。EDR中存儲的信息也可用于查找事故發生的主要原因，進而幫助汽車制造商改進和部署更先進的安全系統。此外，該數據也有助于政府機構和道路建設公司在公路施工期間采取適當的安全措施，從而將施工缺陷/過失降至最低，避免致命事故。 EDR是如何發揮作用的? EDR需要具備以下幾個關鍵特性：精度； 收集；存儲；耐受性；可回收性。 當事故發生時，來自不同位置的多個傳感器的診斷信息會發送到EDR，便于EDR內的控制器芯片進行數據解析和起動相應的控制行動。碰撞檢測算法會根據傳感器輸入的數據確定是否打開安全氣囊。碰撞傳感使用的預測算法以各種沖擊條件對應的校準值為基礎。此預測算法通常必須在沖擊發生后50毫秒內確定是否打開安全氣囊。圖2為典型的EDR框圖。
圖2:EDR典型框圖 EDR模塊能夠連續監視傳感器數據值，并將它們存儲在一個通常創建在控制器RAM中的循環緩沖區內。圖3為車輛中的EDR模塊，圖4為EDR模塊的內部結構。
圖3:車輛中的EDR模塊
圖4:EDR內部結構 EDR要求以粒度記錄數據，這是因為事故重建通常需要每5~8毫秒捕獲的數據樣本，以呈現并還原事故現場。在從各個傳感器采集到的數據被新的數據覆蓋前，需要存儲并保留在循環緩沖區內至少5到10秒。當安全氣囊傳感系統算法診斷沖擊時，緩沖區刷新會暫停，安全氣囊展開并啟動。安全氣囊展開時，司機安全帶開關狀態、乘客安全氣囊開關狀態、警告燈狀態及展開時間會被臨時捕獲并存儲在RAM內。用來確定是否展開安全氣囊的關鍵參數值也捕捉到RAM中。執行算法后150ms，RAM中存儲的數據會轉移到非易失性內存。使用EEPROM時，需要大約700毫秒，以記錄所有信息。 為防止重要數據丟失并確保數據安全地存儲在EEPROM中，安全氣囊控制模塊必須確保備用電源可持續供應700 ms，以便完整地記錄信息。未能提供要求的備用電源時，可能會從數據記錄器或EDR中恢復不到任何數據。可能發生的一種情況就是電源在碰撞中發生災難性損失。在此情況下，安全氣囊控制模塊備用電源（通常是電容器）會優先用于打開安全氣囊，如果沒有剩余電量給記錄器，即使安全氣囊成功展開，也不會有數據存儲。 一旦安全氣囊展開記錄寫入非易失性內存，就不能刪除、修改或者由服務或事故調查人員清空。所有的存儲數據可用適當的識別軟件和接口硬件恢復。 為什么要在汽車中使用“FRAM”? 與EEPROM和FLASH非易失性內存相比，FRAM在EDR應用上有三大關鍵優勢。首先，對于那些有精確時間要求的應用來說，FRAM會立即具備非易失性。這些應用在系統發生故障時，最重要的數據，如數據記錄器通常會面臨風險。其次， FRAM擦寫周期為10E+14，而EEROM為10E+6，FLASH為10E+5，。因此，FRAM是數據記錄器的理想選擇，其數據可持續寫入。最后，FRAM的讀寫操作功耗低，對于具有獨立有限電源如電池或電容的應用來說，尤其具有高效性。 FRAM更能適應外界溫度，這意味著工作溫度升高時，其擦寫周期和數據保留更能經受考驗。許多EEPROM耐溫為85°C，在耐溫要求為125°C的汽車應用中，耐擦寫能力會降到10E + 5，因此不適于汽車應用。 大多數現有的EDR解決方案是將連續數據記錄到RAM緩沖區，只有在事故期間觸發安全氣囊展開算法時才轉移到非易失性內存。因此，如果事故幾乎致命，安全氣囊沒有打開，且電源缺失，碰撞數據將有可能不會保存到非易失性空間。這樣，EDR就沒有最后一刻的數據，將無法進行事故還原。由于FRAM可以存儲最后一刻碰撞數據，且不需要任何外部電源，因而可以在這種情況下發揮關鍵作用。以下為FRAM在汽車應用方面的關鍵優勢: 在SRAM中接近無限次的擦寫周期： FRAM可以用作SRAM數據緩沖區。運行期間，控制器能直接在FRAM中連續記錄事故。FRAM是一種非易失性內存，掉電情況下也可保存數據。因此，即使主電源發生災難性的破壞，最后一刻數據也不會丟失。由于數據直接寫入FRAM，因此無需將最后一刻的數據從SRAM轉移到非易失性空間，如EEPROM或Flash中。使用FRAM，無需備用電源，即可保存最后一刻的碰撞數據。
圖5:Cypress的FRAM擦寫周期與EEPROM和Flash的對比 無寫延遲： 某些事故需要每秒鐘記錄1000次，以捕捉每一個細節，這對于現有的EEPROM和基于Flash的EDR而言是個很大的挑戰。EEPROM通常是逐頁存儲數據，每兩頁之間需要幾毫秒的存儲時間延時，從而限制了數據記錄功能。FRAM的“無延遲”寫入功能，使系統設計師可以系統總線速度獲得和寫入實時數據。 快寫和低功耗： FRAM擁有高速串行SPI和I2C接口及高速并行同步訪問，加之其一流的非易失性寫入速度，使得控制器可以用較少的時間將數據寫入FRAM。其功耗只是現有方案總功率的一小部分。
圖6:Cypress的FRAM能耗與EEPROM和Flash的對比 高可靠性： 要實現精度、耐受性、可回收性及耐久性的目標，EDR的數據可靠性至關重要。由于此內存空間用來記錄關鍵的傳感器數據，因此汽車應用必須具備高可靠性和數據完整性。 結論 相比于其他市場，汽車市場更為關注技術成熟度。EEPROM和Flash技術易于理解，且已在主要供應商建立了質量控制基礎設施。通常，面對新引入的技術，人們總是遲遲不愿采納，技術人員必須在對其可靠性和可用性放心無憂后才愿意采取行動。目前，FRAM在汽車行業的銷售數量已超過5億臺，技術已相當成熟，汽車行業的客戶完全可以對此放心無憂。 |
