隨著電子產(chǎn)品在汽車、工業(yè)自動化和醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域變得越來越普遍，容錯電子子系統(tǒng)正在成為標(biāo)準(zhǔn)要求。使用具有高容錯能力的 Cortex-R 系列處理器設(shè)計這些系統(tǒng)可實現(xiàn)以下優(yōu)勢：

提高可靠性

增強(qiáng)的故障檢測和覆蓋

降低運營成本

功能安全支持正日益成為這些系統(tǒng)的重要組成部分。隨著各種功能安全標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性不斷發(fā)展，ARM 開發(fā)了 Cortex-R5 安全文檔包以加快上市時間、簡化認(rèn)證工作并獲得更高級別的認(rèn)證。

支持 ARM Cortex-R 系列功能安全的關(guān)鍵技術(shù)

ARM Cortex-R 系列處理器已開發(fā)用于需要高可靠性和檢測處理器或系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的任何錯誤的應(yīng)用程序。任何系統(tǒng)中可能發(fā)生的故障類型包括導(dǎo)致錯誤值的硬件故障（例如內(nèi)存老化或溫度引起的應(yīng)力造成的故障）和隨機(jī)故障（例如隨機(jī)輻射撞擊到“翻轉(zhuǎn)”位或門的硅甚至造成永久性硬件損壞）。如果系統(tǒng)具有安全隱患，任何故障都可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果，則必須針對特定系統(tǒng)以適當(dāng)?shù)姆绞綑z測和處理任何錯誤。

為了解決這個問題，存在兩個關(guān)鍵策略：

內(nèi)存中的錯誤檢測：附加糾錯碼 （ECC） 附加到所有內(nèi)存值，并在使用數(shù)據(jù)之前進(jìn)行檢查。這實現(xiàn)了單比特錯誤的自動檢測和糾正以及多比特錯誤的檢測（但不糾正）。這需要使用具有額外位的更寬內(nèi)存來存儲 ECC，并用于系統(tǒng)中的所有內(nèi)存，包括高速緩存和緊密耦合內(nèi)存 （TCM）。處理器在讀取數(shù)據(jù)時自動檢查 ECC 代碼，自動糾正單位錯誤，如果無法糾正，則向系統(tǒng)發(fā)出錯誤信號。在寫入內(nèi)存時，處理器會自動創(chuàng)建 ECC 代碼。Cortex-R5 還可以檢測將處理器連接到系統(tǒng)的所有總線上的錯誤。

處理器中的錯誤檢測：輻射可能會擊中系統(tǒng)中的任何門，如果這導(dǎo)致錯誤（不是在內(nèi)存中，而是在實際邏輯中），那么也必須檢測到這一點。雙核鎖定步驟 （DCLS） 實現(xiàn)了兩個具有相同輸入的相同處理器，但其中一個會稍微延遲以確保檢測到同時影響整個系統(tǒng)的事件，并檢查兩個處理器的輸出是否相同。如果比較的輸出不匹配，則系統(tǒng)中一定存在錯誤，系統(tǒng)會發(fā)出錯誤信號，以便系統(tǒng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

這些關(guān)鍵領(lǐng)域與 Cortex-R 系列中的許多其他功能相結(jié)合，可以開發(fā)出滿足許多功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求的 SoC 和更廣泛的系統(tǒng)。

Cortex-R 系列已被 70 多個合作伙伴采用，其中許多合作伙伴依賴于錯誤檢測功能。這些處理器已在超過 15 億臺設(shè)備中出貨，其可靠性已在汽車、工業(yè)、存儲和醫(yī)療等許多數(shù)據(jù)完整性至關(guān)重要的市場中得到驗證。

然而，僅僅擁有具有這些特性的處理器并不足以滿足具有功能安全要求的應(yīng)用的需求。

ARM 如何支持Cortex-R5的功能安全？

ISO 26262 和 IEC 61508 等功能安全標(biāo)準(zhǔn)需要證據(jù)來證明特定的系統(tǒng)或系統(tǒng)組件屬性。Cortex-R5 系列處理器的安全文檔包旨在簡化認(rèn)證，并幫助 SoC 集成商開發(fā)和展示所需的功能安全級別。

在功能安全標(biāo)準(zhǔn)（特別是 ISO 26262）的上下文中，半導(dǎo)體 IP 可以被視為脫離上下文 （SEooC） 的安全元素。對于此類元素，實際用例在設(shè)計時不一定是已知的。當(dāng)然，Cortex-R5 就是這種情況，它可用于大量實時應(yīng)用程序。安全文檔包的設(shè)計考慮到了這一點，以允許 SoC 集成商為具有安全要求的特定應(yīng)用開發(fā)產(chǎn)品。

Cortex-R5 安全文檔包包含有關(guān) Cortex-R5 產(chǎn)品本身的信息，重點介紹其故障檢測和控制機(jī)制，例如 DCLS 和帶有 ECC 或奇偶校驗的內(nèi)存保護(hù)選項。為了便于將 Cortex-R5 集成到與安全相關(guān)的設(shè)計中，還包括一份 FMEA 報告以及示例故障率分布。

這些信息分為三個文檔：Cortex-R5 安全手冊、Cortex-R5 FMEA 報告以及描述在集成 Cortex-R5 處理器的項目中功能安全的角色和責(zé)任分配的文檔。安全手冊詳細(xì)介紹了在處理器設(shè)計和驗證活動中用于避免和控制系統(tǒng)故障的措施。它還包括檢測到故障時處理器行為的詳細(xì)信息。FMEA 報告包括對設(shè)計的詳細(xì)分析，可作為系統(tǒng)級安全概念定義和后續(xù)分析的起點。

這些信息有助于 SoC 集成商為其產(chǎn)品創(chuàng)建所需的安全文檔，從而縮短產(chǎn)品上市時間。該信息還可用于支持集成 Cortex-R5 處理器的 SoC 產(chǎn)品的功能安全評估活動。

ARM 僅將這些信息提供給 SoC 集成商。因此，如果您是針對安全相關(guān)設(shè)計的系統(tǒng)或軟件開發(fā)人員，則需要參考 SoC 供應(yīng)商提供的任何安全文檔。造成這種情況的關(guān)鍵原因是 Cortex-R5 具有高度可配置性，不同的配置選項可能會對處理器故障行為產(chǎn)生影響。由于 Cortex-R5 的 ARM 安全手冊描述了所有這些配置選項，我們希望確保系統(tǒng)和軟件開發(fā)人員可用的任何安全文檔正確反映您選擇的 SoC 實現(xiàn)的實際功能集。

值得記住的是，作為 Cortex-R5 安全文檔包的補(bǔ)充，ARM 編譯器工具鏈還獲得了公認(rèn)的安全行業(yè)專家 TüV SüD 的認(rèn)證。TüV 證書和隨附報告確認(rèn) ARM Compiler 5.04 滿足安全相關(guān)應(yīng)用程序開發(fā)工具的要求。這使您能夠使用ARM 編譯器 5.04 進(jìn)行安全相關(guān)的開發(fā)，達(dá)到 SIL 3 （IEC 61508） 或 ASIL D （ISO 26262），無需進(jìn)一步的認(rèn)證活動，只要遵循認(rèn)證套件中記錄的建議和條件。

審核編輯：郭婷