Applications应用事例
车载EDR中FeRAM的应用案例
捕捉1/100秒的真相：FeRAM的高速写入确保不遗漏汽车事故发生前的关键信息
在安全气囊的电子控制单元（ECU）中的事件数据记录器（EDR）中，FeRAM也得到了应用。通过使用FeRAM，可以满足EDR的规定，确保在事故发生时，能够记录并保存详细的数据，有助于查明事故原因。。
目次
关于EDR
事件数据记录器（EDR）是一种车载事故记录装置，内置于汽车的电子控制单元（ECU）中。其作用是在发生事故等事件前后的时间段内记录车辆的速度等数据。如下图所示，EDR会在事故发生前5秒到安全气囊展开完成这段时间内，以时间序列的方式将车速等信息记录到非易失性存储器中。
FeRAM的特征和优势:
事故原因分析所需的详细数据记录
事件数据记录器（EDR）需要在突发事件的前后快速进行数据写入。理想情况下，应在摄像头或传感器检测到事故的5秒前开始写入，在事故导致电力丧失之前完成写入并开启数据保护状态。为了实现这一点，FeRAM 是最佳选择。因为它可进行持续的数据写入，并在断电前的极短时间内完成写入。此外，EDR 的数据写入不仅需要考虑写入时间，还需考虑数据采样数量的推荐值（最大为100样品/秒）。使用 FeRAM 进行数据写入可准确记录事故前后的数据，帮助事故后的调查和原因分析。
下图为每秒采样一次的EDR数据示例。不仅车辆速度的变化只能精确到秒，而且也无法获得刹车的准确时间。
EDR记录的数据包括速度变化、速度显示、油门踏板位置、刹车开关状态等。通过事故后回收并分析这些数据，可以清晰地了解事故发生前的驾驶员操作、副驾驶和后座乘客的状态，以及车辆整体的情况。
下图为以100样品/秒记录车辆速度，以10样品/秒记录除车速外的其他数据时的数据图像。通过以10毫秒为单位记录车辆速度，可以更清晰地了解车辆信息。此外，还能更详细地掌握刹车操作状况，从而准确掌握驾驶员在事故发生时的回避行为。
以下援引自国土交通省的J-EDR技术要求。文件中明确提到要使用非易失性存储器，并且对数据采样率以及写入数据的篡改防范提出了要求。FeRAM能够同时满足这两点要求。
4.1.3 发生以下任一情况时，J-EDR（事件数据记录器）应捕捉和记录数据元素：（1）如发生了2次以上的气囊展开事故，必须捕捉和记录新的事故数据。其后已记录的事故数据不得被覆盖。（2）如发生了2次以上超过了启动阈值（车速变化在150毫秒内达到8公里/小时以上）或汽车制造商设定的启动阈值而气囊未展开的事故，必须捕捉和记录新的事故数据并符合以下要求：（i）如之前记录了气囊未展开事故数据的非易失性存储器中尚有可用的空余空间，则须记录新的未展开气囊事故数据。（ii）如之前记录了气囊未展开事故数据的非易失性存储器空余空间不可用，则汽车制造商可以自行判断选择覆盖旧数据或不记录新数据。（iii）记录了气囊展开事故数据的非易失性存储器不得被新的气囊未展开事故数据覆盖。
4.2 数据篡改防范 非易失性存储器中记录的数据不得丢失或被修改。
断电前最后一刻的数据都可利用
FeRAM 具有较高的写入耐性，适合作为数据缓冲区。MCU 运行中的事件会连续记录到 FeRAM 中，得益于FeRAM 的非易失性，即使电源断电数据也会被保留。因此，即使电源损坏，最新的数据也不会丢失。通过直接将数据写入 FeRAM，可省去将数据从 SRAM 转移到 EEPROM 或闪存的过程，由此无需额外电力来保存最后时刻的数据。
以下是1Mbit SPI的示例图。将广泛用于工业的1Mbit SPI FeRAM与EEPROM 和 NOR FLASH 的规格进行比较发现，FeRAM 的循环时间为 120 纳秒，EEPROM 为 5 毫秒，NOR FLASH 为 0.4 毫秒。假设从正常操作到电压降到无法操作的电压的时间为数毫秒，那么在此期间，EEPROM 只能进行一次日志记录，NOR FLASH 只能进行几次日志记录，而 FeRAM 可以进行几千次记录。此外，尽管FeRAM 会在撞击即将发生、电压降到最下工作电压之下的时间段内暂停日志记录，以防止写入错误。然而，由于FeRAM可以高频度获取数据，因此能够保存撞击前夕的准确数据。相比之下，EEPROM 和 NOR FLASH 撞击前夕保存的数据记录间隔更大，且在电压降到最下工作电压之下时仍会持续完成数据写入，可能会导致部分数据写入错误。
补充说明：NOR FLASH在以1页（256Byte）为单位进行连续写入时，每一个最小扇区（4KByte）须花费30毫秒擦除数据后才能进行写入。
符合 J-EDR 规格的高性能非易失性存储器
日本国土交通省正推动符合 J-EDR 规格的 EDR 应用，其中非易失性存储器被视为技术要求中的一个重要关键词。要求是“能够电磁记录和保存从车载设备传输的动态、时间序列数据等，并且在数据保存过程中无需电源”的部件。相较被归类于非易失性存储器的 EEPROM 和 FLASH 存储器，FeRAM 实现了更高的写入速度和更好的写入耐用性，即使在断电也能保持数据，因此非常适合应用于 EDR。
EDR存储必要采集数据所需容量
许多 EDR 标准规定了基本的数据采集要求，包括前后方速度变化、车辆显示速度、油门踏板位置、刹车踏板位置、发动机启动次数、安全带状态、警告灯状态等。对于速度数据，推荐的采样率为100样品/秒，而其他数据的采样率为2样品/秒。容量在64Kbit到4Mbit范围内的 FeRAM 可以满足该数据记录的容量要求。
以下为 J-EDR 对数据元素中每秒采样率的规定内容。（摘自国土交通省 J-EDR 技术要求第3页）
- 前后方速度变化: 100样品/秒
- 车辆显示速度： 2样品/秒
- 油门踏板位置： 2样品/秒
- 刹车开关状态： 2样品/秒
将每个数据样品的大小大致估算为1字节，如记录撞击前5秒内数据，所需容量计算如下。
500+10+10+10 = 530 Byte = 4240 bit
将记录以下数据。
- 前进方向速度的最大变化
- 发生最大变化所用的时间
- 点火循环，碰撞
- 点火循环，下载
- 安全带状态，系上/未系
- 所有安全气囊警告灯，亮/灭
- 到安全气囊展开为止所用时间