汽車市場(chǎng)日新月異，在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 (EPS) 等安全至關(guān)重要的細(xì)分市場(chǎng)中，人們一直在尋求更多可靠且節(jié)省空間的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在當(dāng)今的新型汽車中，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向是實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)駕駛的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)技術(shù)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)于 1951 年投入商業(yè)使用，是一種讓駕駛員能夠更輕松地操縱車輛的手段。從那時(shí)起，大多數(shù)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都依賴于液壓機(jī)構(gòu)或電子液壓機(jī)構(gòu)。最近，人們開始采用純電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS 系統(tǒng)無(wú)需液壓泵、軟管和儲(chǔ)液罐，效率更高，結(jié)構(gòu)更緊湊。早期的 EPS 系統(tǒng)雖然有效，但缺乏最新 EPS 系統(tǒng)的操縱感和精密性。如今的 EPS 與卓越的駕駛輔助功能緊密結(jié)合，同時(shí)為駕駛員提供良好的操縱感。

由于 EPS 系統(tǒng)提供的巨大輔助，現(xiàn)代汽車只需要駕駛員稍微用力就能操縱車輪。EPS 可與 ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）結(jié)合使用，以提供車道保持輔助、自適應(yīng)巡航控制等幫助。

從根本上說，EPS 系統(tǒng)通過測(cè)量駕駛員的輸入力和方向盤的位置來(lái)提供與駕駛員輸入力成正比的額外輔助力。此外，該系統(tǒng)還能確保轉(zhuǎn)向角度與駕駛員的預(yù)期方向一致。有鑒于此，一些與安全相關(guān)的問題也就顯而易見：

1. 當(dāng)駕駛員無(wú)意讓 EPS 系統(tǒng)轉(zhuǎn)向車輛時(shí)，該系統(tǒng)不會(huì)提供轉(zhuǎn)向力
2. 系統(tǒng)不會(huì)根據(jù)駕駛員的輸入過度轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不足。

EPS 系統(tǒng)的主要元件包括轉(zhuǎn)向柱、傳感器、電機(jī)、電池、轉(zhuǎn)向齒條以及電子感應(yīng)與控制機(jī)制。該系統(tǒng)的輸入由駕駛員在方向盤接口處提供。傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)方向盤的移動(dòng)（方向、速度和角度）并將該數(shù)據(jù)發(fā)送到微控制器。數(shù)據(jù)會(huì)得到處理，信號(hào)會(huì)發(fā)送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過施加的力旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向齒輪，從而降低駕駛員所需的扭矩。電機(jī)配有轉(zhuǎn)子位置傳感器，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置。EPS 系統(tǒng)中有扭矩和角度傳感器（大多帶有 SENT 接口），用于測(cè)量駕駛員施加到方向盤上的扭矩和方向盤的角度。

EPS 系統(tǒng)可以是失效防護(hù)系統(tǒng)，也可以是故障運(yùn)行系統(tǒng)。在故障情況下，失效防護(hù)型 EPS 系統(tǒng)不再提供輔助，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)模式，而故障運(yùn)行型系統(tǒng)可為駕駛員提供全部或部分輔助。這種設(shè)計(jì)采用雙冗余或三冗余功能，可達(dá)到所需的安全 ASIL 級(jí)別。

當(dāng)今電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心電子元件是現(xiàn)代 32 位和 64 位微控制器 (MCU)。只有高性能 MCU 才能為復(fù)雜的電機(jī)控制功能提供足夠的計(jì)算能力和專用外設(shè)。由于 EPS 系統(tǒng)與駕駛安全有關(guān)，因此對(duì)系統(tǒng)的功能安全要求很高 (ASIL-D)。在配備高級(jí) ADAS 或自動(dòng)駕駛功能的系統(tǒng)中，需要具備故障運(yùn)行功能。模擬反饋完整性需要冗余采樣和比較。安全 PMIC 需要通過 SPI 實(shí)現(xiàn)軌道監(jiān)控和 Q/A 看門狗功能，來(lái)檢測(cè)常見故障。在主機(jī)通信方面，需要使用多個(gè) CAN FD 接口，并滿足 AutoSAR 和安全要求。在許多情況下，MCU 還需要滿足 FOTA（無(wú)線固件）和網(wǎng)絡(luò)安全 (EVITA full) 要求。

用于 EPS 的 F29x

F29x 系列微控制器是 C2000? 實(shí)時(shí)微控制器系列的最新成員。F29x 系列是可擴(kuò)展的超低延遲器件，旨在提高電動(dòng)電子產(chǎn)品的效率。實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)擁有運(yùn)行頻率為 200MHz 的 C29 DSP 內(nèi)核，完全能夠運(yùn)行要求苛刻的汽車和工業(yè)控制應(yīng)用。

它具有許多特性，可支持系統(tǒng)級(jí) ASIL-D 功能安全設(shè)計(jì)。C29x CPU1 和 CPU2 內(nèi)核同步運(yùn)行，可檢測(cè)永久性故障和瞬態(tài)故障。此外，除其他安全特性外，該器件架構(gòu)還具有 CPU 內(nèi)置 ECC 邏輯、總線互連中的端到端安全、用于系統(tǒng)性故障匯總和診斷的錯(cuò)誤信號(hào)模塊等。這些特性對(duì)于實(shí)現(xiàn) EPS 應(yīng)用所需的安全功能至關(guān)重要。

功能安全和信息安全單元 (SSU) 與 C29 CPU 相結(jié)合，可在不影響實(shí)時(shí)性能的情況下幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員滿足實(shí)時(shí)控制應(yīng)用中最嚴(yán)格的現(xiàn)代功能安全和信息安全標(biāo)準(zhǔn)。SSU 具有情境相關(guān)的 MPU 機(jī)制，可以根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的線程或任務(wù)自動(dòng)切換硬件的訪問權(quán)限。這樣一來(lái)，EPS 應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)干擾 (FFI) 功能，從而在控制和通信方面實(shí)現(xiàn)安全任務(wù)隔離，同時(shí)保持要求嚴(yán)苛的實(shí)時(shí)系統(tǒng)所需的相同高速和低延遲處理。存儲(chǔ)器、外設(shè)和堆棧均由 SSU 全面保護(hù)以實(shí)現(xiàn)完全隔離。

硬件安全管理器 (HSM) 提供 EVITA-full 安全支持。HSM 支持在不可信的工廠環(huán)境中進(jìn)行安全密鑰和代碼配置、安全啟動(dòng)、運(yùn)行時(shí)加密服務(wù)，并支持通過 A/B 交換對(duì) HSM 進(jìn)行無(wú)線固件更新。

F29x MCU 集成了 SENT 接收器以支持 EPS 應(yīng)用。SENT 通道可用于與傳感器連接。目前，有許多使用 SENT 接口開發(fā)的傳感器。多個(gè)傳感器可連接到同一個(gè) MCU。這樣就可以自由選擇自己的傳感器。

在 EPS 冗余系統(tǒng)中，MCU 通常相互通信以監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)現(xiàn) EPS 功能的 MCU 必須能夠通過高速、低延遲和同步鏈路進(jìn)行通信。快速串行接口 (FSI) 模塊是一個(gè)串行通信外設(shè)，能夠跨電壓隔離邊界進(jìn)行穩(wěn)健的高速通信。與其他串行通信外設(shè)相比，F(xiàn)SI 的成本更低，同時(shí)還具有硬件附加功能（CRC 校驗(yàn)），只需幾根線就能提高跨器件的數(shù)據(jù)完整性。C29 中的快速串行接口 (FSI) 可跨隔離邊界實(shí)現(xiàn)高達(dá) 200Mbps 的穩(wěn)健通信。因此，F(xiàn)SI 可用于 EPS 應(yīng)用中的 MCU 間通信。

隨著這種安全關(guān)鍵型系統(tǒng)成為汽車行業(yè)的趨勢(shì)，從 EPS 到線控轉(zhuǎn)向，都需要配備功能安全和信息安全機(jī)制的小型冗余系統(tǒng)。F29 是理想的器件系列，能為不同類型的 EPS 系統(tǒng)提供封裝擴(kuò)展性（100 引腳 QFP 至 256 引腳 BGA）和器件規(guī)格（鎖步配置和閃存尺寸）擴(kuò)展性。獨(dú)特的通信外設(shè)（例如 FSI 和 SENT）為 F29 帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)使其成為這些安全應(yīng)用領(lǐng)域的理想產(chǎn)品。