PCM会重塑汽车OTA格局吗

wmwlove

目录

1.汽车OTA概述

2.ST如何考虑OTA？

2.1 Stellar四大亮点

2.2 PCM技术视角下的OTA

3.小结

---

1.汽车OTA概述

随着智能网联汽车的飞速发展，汽车OTA也越来越盛行；目前来讲OTA分为FOTA和SOTA(Software-over-the-air)两种，区别如下：

FOTA：Firmware Over-The-Air，从广义上将，就是当一个控制器新增或者修复一个完整功能的代码更新。例如以前改装车通过刷ECU来提升动力；通过升级制动控制器来提升整车的制动性能；通过升级智驾域，可以得到体验更多的智能驾驶辅助功能。例如特斯拉就经常推送自动泊车试用，用起来还挺方便。SOTA：Software Over-The-Air，个人理解这个更偏向于座舱域的贴近用户的软件增量升级，例如IVI某音乐软件的更新、仪表盘风格更新、车机导航地图的更新等等，这不会影响整车的动力控制等。

今天我们主要讨论FOTA的升级。由于FOTA是控制器的大版本升级并且响应整车性能，因此对于升级流程、回滚和升级条件都有严格的限制条件。当然这些我们供应商就不必烦心了，扔给OEM去考虑吧。一般来讲，目前主流FOTA分为2种（主要受MCU的eFlash容量影响）：单固件升级：该种方式受限于MCU的Flash容量较小，只能存放固件和引导程序，结构如下：


具体实现是应用程序收到指令后将设置更新标志位，然后进行复位重新进入BootManager，其中Updater根据标志位开始擦除旧APP，接收新的APP 数据并直接写在APP运行的Flash地址空间。但是由于该方案不能实现回滚，因此衍生出了软件A\B SWAP的FOTA方案。
双固件升级：该方案要求MCU需要更大的Flash容量，从软件角度把Flash划分出两块相同大小的区域，分为Active区和Backup区，均存放APP，但在同一时间下只能是一个程序有效运行的。

例如，出厂阶段，A、B均存有程序，但是A为有效程序，因此BootManager会跳转至A运行；当有升级请求后，可以选择在程序A里的Updater去刷写新程序到B区，刷写完成后设置标志位，然后复位由BootManager选择跳转至B区运行。很明显，这种方式需要编译两次，并且链接文件也需要重新定义；所以如果MCU硬件本身支持A\B SWAP那就再好不过了，例如英飞凌TC3xx的SWAP机制就可以完美解决上述问题，缺点是稍有不慎就锁板子。那么上述两个方法的形成其实都是对MCU的eFlash容量的挑战，特别是这种双固件升级，假设当前MCU的eFlash容量为10MB，那么从使用者角度来说，要支持双固件升级，可供使用的flash就仅仅剩下5MB了；那么随着跨域融合架构的出现，这种容量肯定是无法支持多个功能集中到一个MCU。例如TC4xx支持25MB，如果把BMS\VCU\INV等等使用虚拟化融合到一个MCU，同时要支持A\B SWAP，那么这时候最大可用Flash就只能12MB-13MB了，还不考虑Security的独占空间。这容量显然有点尴尬，太浪费了。那么能不能从物理硬件结构上针对OTA去优化这个机制呢？意法半导体率先亮相。2.ST如何考虑OTA？

2.1 Stellar四大亮点

根据意法半导体公开资料，该公司针对跨域融合推出的Stellar系列有四大特征：

高性能CPU、功能安全ASIL D、信息安全

硬件虚拟化支持多ECU集成

硬件加速器

.高效OTA

很明显，该公司针对汽车OTA是有自己独立的见解的，从上图可以看到，MCU在运行模式和OTA编程模式memory空间是不一样的（20MB和40MB），并且没有多余的消耗，也不会停机。既然是A\B Swap，那么个人理解应该是有对应大小的两个物理介质，才能完成，这和我们之前讨论的没啥区别呢。但是仔细看上图，它在MCU Run Mode写的2 cells/bit，一下恍然大悟，因为ST采用自研PCM技术用于取代eFlash，在设计存储时考虑到OTA特性，做到1个bit存到两个Cell，这样是否就可以克服A\B SWAP需要两倍容量的存储介质问题呢？我们接着往下看。2.2 PCM技术视角下的OTA

在ST的设计里，它对OTA设计了两种模式：OTA-X1和OTA-X2。OTA-X1模式，与之前大家熟悉的硬件AB\SWAP机制类似，需要消耗两倍的存储空间如下：

重点关注OTA-X2模式， 正常运行下，PCM使用2个物理Cell去存储一个bit，此时两个Cell组合，灰色部分是绿色部分的取反，如下：

当要开始OTA时，Cell解锁，灰色部分的Cell可以接收新的bit，用于存储新的程序，如下图：

也就是说这种情况下Memory容量临时变大了2倍，如下图：

当刷新完成后再回退到DIFF模式，但是运行的是最新的代码。因此，ST宣称Full-Memory OTA在这个技术背景下是可以完成的，即Stellar PCM容量为20MB，那么就可以实现20MB的A\B SWAP。为了证实他们这个说法，我特意去查看了相关专利，结果还真发现了他们对这项技术的专利保护：相变存储器，如下图：

其多个PCM块的PCM存储器结构如下：

由于这个涉及到实际的硬件设计，我还没有搞明白其原理，后面弄清楚了再分享是如何实现的吧。3.小结

意法半导体针对汽车OTA做出了自己的设计，那么其他芯片大厂是如何考虑的呢？从目前stellar的定义来看，软件定义汽车、甚至说定义芯片正在变成现实，吾辈还得倍加努力呀。

往期回顾：

1.汽车标定精选
汽车标定技术--标定概念详解
汽车标定技术--Bypass的前世今生
万字长文：汽车标定技术--XCP概述

2.AUTOSAR精选
AUTOSAR CryptoStack--CSM Job夹带了哪些私货
AUTOSAR 诊断栈分析(一)
AUTOSAR OS概述（一）

3.汽车网络安全精选
汽车信息安全--MCU启动常用密码算法
汽车网络安全方案需求分析
汽车信息安全--常见车规MCU安全启动方案
车载信息安全场景概述

4.汽车功能安全精选

5.汽车虚拟化精选

    汽车ECU虚拟化技术初探(一)

    汽车ECU虚拟化技术(二)--U2A虚拟化功能

6.杂七杂八

    Flash模拟EEPROM原理浅析

    征途漫漫:汽车MCU的国产替代往事

    车规MCU应用场景及国产替代进展