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面向汽车应用的高可靠性电控单元研究

作　者: 张伟
导　师: 付宇卓
学　校: 上海交通大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 汽车控制可靠性 IEC61508 MPC5643L
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作为汽车控制的核心部件,电子控制单元的质量和可靠性直接影响到整车的操纵以及交通安全。电子控制单元的日益增多和人类生命财产安全的重要性,都表明了汽车电子控制单元的可靠运行或者系统在出现故障时安全停机是势在必行。这使得汽车领域迫切的需要汽车安全技术的研究和相关标准的指导。在汽车安全标准领域,本文对国际安全标准IEC61508的核心思想风险评估、安全完整性和安全生命周期进行分析,并且对其在安全生命周期内各个阶段的工作做了总结。此外,本文从体系结构角度重点分析了飞思卡尔MPC5643L安全芯片的可靠性设计技术,并且通过对该芯片进行马尔可夫建模,详细介绍了IEC61508功能安全认证中对硬件安全完整性水平进行分析计算的方法。本文针对单点失效,借鉴飞思卡尔MPC5643L芯片核心设计思想,采用锁步模式,通过硬件模块复制和存储器中添加检二纠一码以及三模冗余,将复制部分信号通过比较单元进行对比,并且通过故障处理单元收集和处理来自比较单元和存储器的故障信号。将设计的双模冗余可靠性系统在SoCLib仿真平台上进行实现,并证明系统设计的正确性和可行性。本文在双模冗余可靠性系统中,采用故障注入的方式为各个复制模块注入故障,进行精确的系统可靠性分析。在存储器可靠性方面,通过注入单位故障和双位故障,对检二纠一码特性进行验证。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-21
  1.1 课题背景  14-16
  1.2 国内外研究现状  16-19
  1.3 本文研究意义  19
  1.4 本文研究内容  19-21
第二章可靠性系统容错方法与安全标准  21-36
  2.1 引言  21
  2.2 失效分类  21-22
  2.3 ECU 可靠性架构  22-27
    2.3.1 单控制器架构  22-23
    2.3.2 对称控制器架构  23-24
    2.3.3 双CPU 架构  24-27
  2.4 可靠性评价  27-30
    2.4.1 可靠性指标  27-28
    2.4.2 系统可靠性评估方法  28-30
  2.5 汽车应用安全标准  30-35
    2.5.1 IEC61508 安全标准  30-33
    2.5.2 IEC61508 安全标准应用  33-35
  2.6 本章小结  35-36
第三章飞思卡尔MPC5643L 可靠性分析  36-49
  3.1 MPC5643L 基本介绍  36
  3.2 MPC5643L 体系结构分析  36-40
    3.2.1 锁步模式  37
    3.2.2 信息冗余  37-38
    3.2.3 内建自测试  38
    3.2.4 时钟电源监控  38-39
    3.2.5 系统故障收集控制  39-40
  3.3 IEC61508 标准分析MPC5643L  40-48
    3.3.1 功能安全认证内容  41
    3.3.2 硬件安全完整性分析  41-44
    3.3.3 马尔可夫模型分析  44-46
    3.3.4 马尔可夫模型计算  46-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章双模冗余可靠性系统仿真实现  49-68
  4.1 双模冗余可靠性系统设计  49-55
    4.1.1 硬件冗余  50-51
    4.1.2 信息冗余  51-54
    4.1.3 故障处理  54-55
  4.2 设计平台及开发工具  55-56
    4.2.1 SoCLib 仿真平台  55
    4.2.2 VCI 接口协议  55-56
  4.3 SoCLib 仿真实现  56-67
    4.3.1 硬件冗余实现  57-60
    4.3.2 信息冗余实现  60-64
    4.3.3 故障处理实现  64-65
    4.3.4 系统搭建  65-67
  4.4 本章小结  67-68
第五章系统功能仿真与验证  68-74
  5.1 故障注入方案  68-71
    5.1.1 故障模型  68
    5.1.2 故障注入平台  68-70
    5.1.3 测试描述  70
    5.1.4 故障分类  70-71
  5.2 CU-FPU 测试结果  71-72
  5.3 存储器可靠性测试结果  72-73
  5.4 小结  73-74
第六章结束语  74-76
  6.1 主要工作与创新点  74-75
  6.2 后续研究工作  75-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  80

面向汽车应用的高可靠性电控单元研究

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