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智能汽车车用基础软件平台关联技术

2022-09-25 17:59:10·  来源：汽车测试网  
　
在汽车行业，由于汽车芯片设计门槛高，研发周期长，资金投入多，很少有支持国密算法的汽车芯 片，尤其是像汽车网关处理器这样的高可靠的 MCU。MCU 的硬件加密技术一般基于 HSM 模块实现， HSM 模块是 MCU 上专门用于实现加解密算法的一个外设，是实现 MCU 的信息安全主要关键模块，通过 HSM，可实现不同类型的加密标准，如 SM2/3/4/9 标准。它包含一个独立的 CPU，专门用来进行加解密运算，还有一些针对特定算法（如对称算法、非对称算法、SHA-256 等）的硬件加速器。

随着技术的发展，在未来的汽车架构中，很多电子模块的功能将向域控制器集中和转移，车载以太网作为骨干网，需提供高速车内通信，这就需要引入新的信息安全方法，即下一代硬件安全模块 HSM，且因下一代 HSM 可将多应用程序功能与实时通信结合在一起，HSM 正在成为电子模块的中心组件。HSM 结构框图如图 4.6-2 所示。

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图4.6-2 HSM结构框图


3. 功能安全支持


功能安全是汽车研发中的关键要素之一，功能安全的标准不仅用于辅助驾驶，也应用于车辆的动态控制和涉及安全工程领域的主动安全系统。


在开发过程中，针对应用场景以及芯片的安全目标，进行针对性的安全机制设计来提升诊断覆盖率。在 MCU 系统中，针对功能安全提升诊断覆盖率的常规技术方案如下（不代表全部）：


(1) 内核锁步


内核锁步（Lockstep）是实现高诊断覆盖度（检测错误发生的能力）的一种方法。两个 core 同时运行相同的代码，并周期性比较两个 core 的计算结果，若相同，则继续运行，否则，重新运行产生不同结果的代码再检查或重启。该技术可以保持 2 个 CPU 指令的精确同步，在一个时钟周期内执行相同的指令， 一旦发现任何错误，系统可以立即实现纠错或重启。锁步模块的框图如图 4.6-3 所示。

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图4.6-3 锁步模块框图


锁步模块不仅需具备锁步监控功能，还需要具备锁步自检功能，通过锁步自检功能可以检查锁步模块本身是否存在功能性失效问题。锁步自检功能的实现框图如图 4.6-4 所示。


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图4.6-4锁步自检功能的实现框图


(2) 系统控制单元 (SCU)


系统控制单元由一组子模块构成，用于控制各种系统功能，包括：复位控制单元、安全看门狗、CPU 看门狗、外部触发单元、紧急停止模块、陷阱处理单元、LBIST 控制模块以及部分系统控制相关寄存器组等。这些子系统共享一个总线接口，系统控制单元是实现芯片功能安全目标的关键模块。


(3) 时钟监控


时钟监控模块是对MCU 系统使用的外部时钟进行监控，通常采用一个内部低频时钟进行驱动（32KHz 内部低频时钟），时钟故障检测模块通过使用内部时钟清除内部检测时钟的采样值的方式，来监控外部时钟的工作。

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