在汽車電氣化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化快速發(fā)展的今天，汽車所用的芯片數(shù)量與種類也日益增多。電氣化引領(lǐng)了汽車電子電氣架構(gòu)的革新，催生出域控制器等集中式大算力芯片和IGBT等功率芯片；智能化則引入多種類的傳感器和AI應(yīng)用，帶動了雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭、智能座艙、5G車聯(lián)網(wǎng)等模組、處理器、存儲芯片，以及AI計算芯片的發(fā)展。

　　與消費(fèi)電子芯片相比，車規(guī)級芯片需要滿足更嚴(yán)苛工作環(huán)境，更長久質(zhì)量保證和更嚴(yán)格功能安全的要求。

　　車規(guī)級芯片的功能安全是設(shè)計出來的

　　功能安全要求一個安全系統(tǒng)在發(fā)生隨機(jī)的、系統(tǒng)的、常見的故障時，不會導(dǎo)致安全系統(tǒng)故障，也不會導(dǎo)致人的傷害或死亡、環(huán)境污染、設(shè)備或生產(chǎn)損失。

　　ISO 26262是汽車行業(yè)廣泛接受的電子功能安全標(biāo)準(zhǔn)，提供了規(guī)范及設(shè)計指導(dǎo)原則，貫穿產(chǎn)品從概念開發(fā)、系統(tǒng)、硬件及軟件開發(fā)、生產(chǎn)到報廢的整個開發(fā)過程。由于芯片在汽車系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色，ISO 26262 2018版本新增加了11章節(jié)的半導(dǎo)體指南，規(guī)范了覆蓋故障模式、相關(guān)性失效分析DFA、故障注入等通用技術(shù)，以及對數(shù)字、模擬、存儲、可編程器件等半導(dǎo)體部件的具體要求。

　　完整的仿真、充分的驗(yàn)證、自動化的過程再現(xiàn)等，是ISO26262標(biāo)準(zhǔn)推薦的芯片功能安全設(shè)計方法的一般準(zhǔn)則。

　　建立芯片應(yīng)用級功能模型

　　功能正確是功能安全的基礎(chǔ)，智能電動汽車芯片的功能專業(yè)、新穎、復(fù)雜，例如激光雷達(dá)信號處理、ADAS視頻圖像處理、電池監(jiān)測傳感器測量與控制、高壓電機(jī)驅(qū)動器等，需要在芯片設(shè)計研發(fā)階段進(jìn)行大量的功能建模仿真與分析。

　　基于模型設(shè)計方法學(xué)的一個核心價值即是建模，建模工作不僅包含芯片內(nèi)部的功能算法模型，也包括測試這些功能所需的外部組件和環(huán)境的構(gòu)建（例如ADAS NCAP測試場景、被控電機(jī)模型、鋰電池組模型），還包括SoC芯片的架構(gòu)分析模型（例如軟硬件劃分、內(nèi)存訪問、總線競爭等）。

　　應(yīng)用級系統(tǒng)模型能夠幫助芯片工程師確保用來評估設(shè)計的驗(yàn)證簽核（signoff）標(biāo)準(zhǔn)與芯片最終客戶最關(guān)心的標(biāo)準(zhǔn)一致。

　　“我們的客戶中有相當(dāng)一部分是Tier 1汽車供應(yīng)商，他們最關(guān)心的就是規(guī)格書中的各項性能指標(biāo)，比如信噪比（SNR）和總諧波失真（THD）。他們反倒不太關(guān)心大多數(shù)IC驗(yàn)證團(tuán)隊會關(guān)心的一些主要指標(biāo)，比如單個組件測試結(jié)果、代碼覆蓋率結(jié)果，以及其他硬件實(shí)現(xiàn)級別的指標(biāo)。另外，我們的客戶利用現(xiàn)場試驗(yàn)和真實(shí)駕駛場景來評估完整的雷達(dá)系統(tǒng)，而IC驗(yàn)證團(tuán)隊則使用與真實(shí)信號相去甚遠(yuǎn)的測試圖形來評估單個射頻、模擬和數(shù)字組件。我和所在團(tuán)隊定義并實(shí)現(xiàn)了流程前置方法學(xué)，使得我們驗(yàn)證IC設(shè)計的流程與客戶評估IC設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)保持一致。我們開發(fā)用于虛擬現(xiàn)場試驗(yàn)的路試駕駛場景基于許多客戶所遵循的Euro NCAP標(biāo)準(zhǔn)。我們生成的功能和性能指標(biāo)（如SNR）與客戶評估自己產(chǎn)品中的IC組件所用的指標(biāo)相同。”?NXP雷達(dá)芯片工程師。[1]

　　可仿真的模型不僅有助于提升公司內(nèi)部芯片的設(shè)計開發(fā)驗(yàn)證、下一代產(chǎn)品的迭代優(yōu)化效率，也可以虛擬處理器（vCPU）的方式服務(wù)早期客戶，搶占市場先機(jī)。

　　自動化功能安全的驗(yàn)證

　　這是一個機(jī)器人與AI技術(shù)開始盛行的年代，基于模型設(shè)計的研發(fā)流程和嵌入在流程中的各種自動化工具，正在越來越多的被汽車工程師和芯片工程師所采用。

　　ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求對芯片進(jìn)行功能和結(jié)構(gòu)覆蓋率驅(qū)動的驗(yàn)證，而根據(jù)業(yè)內(nèi)的調(diào)研結(jié)果，芯片開發(fā)過程中驗(yàn)證占用了50%的時間。由此，使用自動化工具提高驗(yàn)證效率將變得非常有意義。

　　芯片驗(yàn)證工作通常由芯片驗(yàn)證工程師完成，他們?nèi)粘５貟暝谒惴▽＜液蚏TL實(shí)現(xiàn)工程師的溝通洪流中。基于模型設(shè)計可以顯著提高芯片驗(yàn)證效率，通過將驗(yàn)證前移，提高芯片算法的質(zhì)量，從而減少算法、實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證的迭代次數(shù)；同時在算法、實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證傳遞可仿真的模型，也比傳遞文檔能夠減少許多溝通誤差。

　　在芯片模型上，工程師可以使用Simulink CoverageTM測量芯片模型和生成代碼中的測試覆蓋率，識別缺失的測試或意外的功能，并在圖表上查看覆蓋率結(jié)果；或者借助SimulinkDesign VerifierTM使用形式化方法識別芯片設(shè)計錯誤，找到難以發(fā)現(xiàn)的死邏輯和設(shè)計缺陷，自動生成測試向量以分析缺失的覆蓋率，形式化地證明設(shè)計符合需求。

　　為加快汽車顯示芯片圖像處理IP核的設(shè)計和實(shí)施，瑞薩工程師采用了MATLAB®和Simulink®的基于模型的設(shè)計：“與傳統(tǒng)的設(shè)計流程相比，采用基于模型的設(shè)計，我們能更早地驗(yàn)證我們的算法和系統(tǒng)功能，更快地適應(yīng)需求指標(biāo)變更，評估更多的設(shè)計替代方案?；谀Ｐ偷脑O(shè)計在算法專家和RTL工程師之間架起橋梁。”[2]

　　為了應(yīng)對日益增加的競爭壓力，芯片制造商正在縮短交貨時間表；另一方面，即使設(shè)計變得越來越復(fù)雜，客戶對質(zhì)量和性能的期望也在提高。許多公司發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的設(shè)計方法?即團(tuán)隊對規(guī)范進(jìn)行基于文檔的驗(yàn)證，并在最終生產(chǎn)版本之前生產(chǎn)多個原型已經(jīng)無法跟上行業(yè)當(dāng)前的步伐。

　　在模型充分驗(yàn)證之后，HDL CoderTM可以從模型自動生成可綜合的符合行業(yè)編碼標(biāo)準(zhǔn)的VHDL或Verilog代碼，自動實(shí)現(xiàn)FPGA-in-the-loop原型驗(yàn)證，也可以通過自動生成SystemVerilog或UVM測試環(huán)境以復(fù)用模型中的測試激勵和框架，從而大大提高芯片RTL開發(fā)效率。

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