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本技術(shù)文章系與 Prometo 功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全高級(jí)顧問 Jürgen Belz 共同編寫。 從內(nèi)燃機(jī) (ICE) 過渡到電動(dòng)汽車 (EV)，需要至少新增五個(gè)電氣/電子/可編程電子 (E/E/PE) 系統(tǒng)。圖 1 描繪了電動(dòng)汽車中的這些系統(tǒng)。 
圖 1：典型電動(dòng)汽車動(dòng)力總成方框圖 為了實(shí)現(xiàn)零尾氣排放并減少對(duì)化石燃料的持續(xù)依賴，電動(dòng)汽車開始在充電站“補(bǔ)充能量”。這些電動(dòng)汽車充電站可使用太陽能和風(fēng)能等可再生能源轉(zhuǎn)化成電能，從而增加電動(dòng)汽車對(duì)環(huán)境的積極影響。車載充電器與高壓電池形成一個(gè)功能單元，確保快速、高效充電，同時(shí)保護(hù)電池免于過度充電。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 6469 第 1、2 和 3 部分描述了上述及其他安全要求 – 該標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)制定道路電動(dòng)車輛高壓電氣系統(tǒng)的安全要求。 電動(dòng)汽車中的所有電子控制單元 (ECU) 都需要一個(gè)由高壓/低壓直流/直流轉(zhuǎn)換器充電的 12V 電池，這有助于在低壓 (12V) 電池和高壓（400V 或 800V）電池之間實(shí)現(xiàn)電隔離。逆變器和電機(jī)（推進(jìn)電機(jī)）為受控運(yùn)動(dòng)提供扭矩。具有高功率密度且非常緊湊的永磁同步電機(jī)通常部署在電動(dòng)汽車推進(jìn)電機(jī)中。在較低功率級(jí)別下，異步電機(jī)在電動(dòng)汽車中的使用有限。該高壓/低壓直流/直流轉(zhuǎn)換器的功能安全特性可幫助確保在電動(dòng)汽車運(yùn)行時(shí)充分發(fā)揮所有 ECU 功能，ISO 26262:2018 也對(duì)電動(dòng)汽車牽引逆變器 (EVTI) 進(jìn)行了概述。 例如，對(duì)于裝有 ICE 的車輛，半導(dǎo)體元件的工作時(shí)間（或通電小時(shí)數(shù)）在 8,000 到 10,000 小時(shí)之間。而在電動(dòng)汽車中，這會(huì)增加到 30,000 小時(shí)或更多。這是因?yàn)椋雽?dǎo)體元件不僅在車輛行駛時(shí)，而且在車輛充電時(shí)都必須保持通電。這種功率值會(huì)帶來一定的影響，例如，影響 ISO 26262 中隨機(jī)硬件故障概率指標(biāo)的計(jì)算，還需要工程師開發(fā)一種元件發(fā)生危險(xiǎn)故障或時(shí)基故障的平均概率要低五倍的系統(tǒng)。 在電氣化動(dòng)力總成中，C2000 實(shí)時(shí)微控制器 (MCU) 通常負(fù)責(zé)功率變換并與連接到總線的通用 MCU 通信，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的安全性，如圖 2 所示。
圖 2：電氣化動(dòng)力總成系統(tǒng)中的 C2000 實(shí)時(shí)控制 通常在無線升級(jí)中，您可能仍要考慮通信 MCU 和 C2000 實(shí)時(shí)控制器之間進(jìn)行加密通信。在上述情況下，您需要評(píng)估威脅級(jí)別并確定系統(tǒng)級(jí)別的安全策略，從而充分利用 C2000 實(shí)時(shí) MCU 提供的各種信息安全機(jī)制，如圖 3 中所列。
圖 3：C2000 支持的安全機(jī)制狀態(tài) 支持這些信息安全機(jī)制的一些技術(shù)特性包括： • 可保護(hù)內(nèi)存塊。 • 總線主控器（例如 C28x 中央處理單元 (CPU)、控制律加速器和直接存儲(chǔ)器存取）的存儲(chǔ)器區(qū)域所有權(quán)。 • 對(duì)某些存儲(chǔ)器區(qū)域提供僅執(zhí)行保護(hù)（在引導(dǎo)只讀存儲(chǔ)器中具有可調(diào)用的安全復(fù)制和安全循環(huán)冗余校驗(yàn)軟件應(yīng)用程序編程接口功能）。 • 在從安全存儲(chǔ)區(qū)域（也稱為安全聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組）執(zhí)行代碼時(shí)，通過調(diào)試端口和邏輯保護(hù) CPU 免于不當(dāng)訪問。 • 每個(gè)產(chǎn)品具有唯一標(biāo)識(shí)。 • 用于 128 位高級(jí)嵌入式標(biāo)準(zhǔn) (AES) 加密的硬件加速引擎。 • 安全啟動(dòng)。 結(jié)語 由于電力驅(qū)動(dòng)或電壓轉(zhuǎn)換器必須具有功能安全、高壓安全、高能效和成本效益，因此挑戰(zhàn)和復(fù)雜性呈指數(shù)級(jí)增加。使用 C2000 實(shí)時(shí) MCU 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，電動(dòng)汽車充電設(shè)計(jì)人員可選擇使用滿足所有這些要求的單個(gè)器件來解決這些挑戰(zhàn)。 其他資源 · 觀看培訓(xùn)視頻“TI 功能安全”。 · 閱讀應(yīng)用報(bào)告“C2000 器件的安全啟動(dòng)”。 · 閱讀技術(shù)文章“實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力總成功能安全與信息安全的三個(gè)注意事項(xiàng)”。 |
