汽車市場日新月異，在電動助力轉(zhuǎn)向 (EPS) 等安全至關重要的細分市場中，人們一直在尋求更多可靠且節(jié)省空間的創(chuàng)新設計。在當今的新型汽車中，電動助力轉(zhuǎn)向是實現(xiàn)高度自動駕駛的一項標準先進技術。電動助力轉(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。從那時起，大多數(shù)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都依賴于液壓機構(gòu)或電子液壓機構(gòu)。最近，人們開始采用純電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS 系統(tǒng)無需液壓泵、軟管和儲液罐，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（高級駕駛輔助系統(tǒng)）結(jié)合使用，以提供車道保持輔助、自適應巡航控制等幫助。

從根本上說，EPS 系統(tǒng)通過測量駕駛員的輸入力和方向盤的位置來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期方向一致。有鑒于此，一些與安全相關的問題也就顯而易見：

1. 當駕駛員無意讓 EPS 系統(tǒng)轉(zhuǎn)向車輛時，該系統(tǒng)不會提供轉(zhuǎn)向力
2. 系統(tǒng)不會根據(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、電池、轉(zhuǎn)向齒條以及電子感應與控制機制。該系統(tǒng)的輸入由駕駛員在方向盤接口處提供。傳感器負責檢測方向盤的移動（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)會得到處理，信號會發(fā)送到電機驅(qū)動器。電機開始運轉(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。電機配有轉(zhuǎn)子位置傳感器，用于檢測轉(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)可以是失效防護系統(tǒng)，也可以是故障運行系統(tǒng)。在故障情況下，失效防護型 EPS 系統(tǒng)不再提供輔助，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為手動模式，而故障運行型系統(tǒng)可為駕駛員提供全部或部分輔助。這種設計采用雙冗余或三冗余功能，可達到所需的安全 ASIL 級別。

當今電動助力轉(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 才能為復雜的電機控制功能提供足夠的計算能力和專用外設。由于 EPS 系統(tǒng)與駕駛安全有關，因此對系統(tǒng)的功能安全要求很高 (ASIL-D)。在配備高級 ADAS 或自動駕駛功能的系統(tǒng)中，需要具備故障運行功能。模擬反饋完整性需要冗余采樣和比較。安全 PMIC 需要通過 SPI 實現(xiàn)軌道監(jiān)控和 Q/A 看門狗功能，來檢測常見故障。在主機通信方面，需要使用多個 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（無線固件）和網(wǎng)絡安全 (EVITA full) 要求。

用于 EPS 的 F29x

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

它具有許多特性，可支持系統(tǒng)級 ASIL-D 功能安全設計。C29x CPU1 和 CPU2 內(nèi)核同步運行，可檢測永久性故障和瞬態(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誤信號模塊等。這些特性對于實現(xiàn) EPS 應用所需的安全功能至關重要。

功能安全和信息安全單元 (SSU) 與 C29 CPU 相結(jié)合，可在不影響實時性能的情況下幫助系統(tǒng)設計人員滿足實時控制應用中最嚴格的現(xiàn)代功能安全和信息安全標準。SSU 具有情境相關的 MPU 機制，可以根據(jù)當前正在執(zhí)行的線程或任務自動切換硬件的訪問權(quán)限。這樣一來，EPS 應用可以實現(xiàn)真正的無干擾 (FFI) 功能，從而在控制和通信方面實現(xiàn)安全任務隔離，同時保持要求嚴苛的實時系統(tǒng)所需的相同高速和低延遲處理。存儲器、外設和堆棧均由 SSU 全面保護以實現(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)境中進行安全密鑰和代碼配置、安全啟動、運行時加密服務，并支持通過 A/B 交換對 HSM 進行無線固件更新。

F29x MCU 集成了 SENT 接收器以支持 EPS 應用。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。多個傳感器可連接到同一個 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)控運行狀態(tài)。實現(xiàn) EPS 功能的 MCU 必須能夠通過高速、低延遲和同步鏈路進行通信。快速串行接口 (FSI) 模塊是一個串行通信外設，能夠跨電壓隔離邊界進行穩(wěn)健的高速通信。與其他串行通信外設相比，F(xiàn)SI 的成本更低，同時還具有硬件附加功能（CRC 校驗），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) 可跨隔離邊界實現(xiàn)高達 200Mbps 的穩(wěn)健通信。因此，F(xiàn)SI 可用于 EPS 應用中的 MCU 間通信。

隨著這種安全關鍵型系統(tǒng)成為汽車行業(yè)的趨勢，從 EPS 到線控轉(zhuǎn)向，都需要配備功能安全和信息安全機制的小型冗余系統(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）擴展性。獨特的通信外設（例如 FSI 和 SENT）為 F29 帶來的優(yōu)勢使其成為這些安全應用領域的理想產(chǎn)品。