FRAM在汽车行驶记录仪中的应用

中国的汽车行驶记录仪中的数据应该包括二个部分，一部分为汽车实时数据(存放汽车发生事故前后的数据)，另一部分为汽车历史数据(存放汽车和司机的行驶状况)。我个人认为汽车实时数据主要是用于分析事故发生的原因和事故的责任, 汽车历史数据作为事故分析的参考依据和对汽车和司机的运行状况考核，历史数据是以当前汽车实时数据为依据。整个汽车行驶记录仪记录的是2个输入量(如速度,刹车)的状况，其他可以根据厂商的要求存储7个开关量的数据(转向灯,车门等)，比较高级的还会记录发动机的温度和其他的一些输入量的状况。由于行驶记录仪的数据如此重要，所以对存储器的要求很高。

存储历史数据的存储器大家都比较容易选择，目前大容量的Flash和U盘，很多厂商都能提供。最难的是汽车的实时数据的存储器比较难选择，因为实时数据比历史数据更为重要，而且要求掉电后数据能保存(发生事故时,汽车系统可能会没有电源)，为了实时数据的准确性，要求由于输入量的检测周期越短越好,据目前我们了解,国标要求最大0.2秒采集一次数据,以20秒为一个存储单位, 实时数据需要存储10次20秒的数据,也就是说在实时数据需要存储200秒的数据,到了200后,将实时数据抽样送入历史记录中,然后实时数据中的重新覆盖,由此可见,在实时数据中的存储器要求很高。

我个人认为此储器要求: 1)掉电后数据需要保存; 2)擦写数据多, 3)可靠高.

目前实现这种要求的方式有以下几种

1) SRAM+电池+电源管理IC +EEPROM  

2) NVRAM  

3) FRAM

下面是几种方案的性能比较:

一 SRAM+电池+电源管理IC+EEPROM



由于EEPROM和FLASH的擦写次数的限制,检测的数据量不能实时写入其中,只能存储在SRAM中,当到一定的时间或检测到掉电后在把数据写入EEPROM和FLASH中,EEPROM存储实时数据,Flash存储历史数据.此方案的特点:价格可能比较便宜,但是性能很不可靠,发生事故时可能整个系统都没有电,当系统检测到掉电时,再把SRAM的数据写入EEPROM和FLASH中,已经没有时间,而且汽车系统的环境比较复杂,我们都知道SRAM+电池的存储方式很不可靠.所以目前很少有工程师这样设计.

二 NVRAM+电池管理



NVRAM有二种,一种为SRAM+电池型,另一种SRAM+EEPROM型,不管那一种首先价格比较贵,大家都知道,黑匣子是一个民用品(3.5吨以上的货车和9人以上的私家车都需要装黑匣子),如果价格高,不利于推广. 另外在性能方面,如果NVRAM是SRAM+电池型,有电池用完的危险,我们都知道NVRAM只能用3-5年,以后可能电池没有了,所以用之存储数据也不可靠.

如果NVRAM是SRAM+EEPROM型,由于此存储器的原理是在工作时,MCU操作的是SRAM,在检测到掉电后在把数据存储到EEPROM中,这样也存在发生事故时数据写不进的危险.所以数据存储也不是很可靠.

在了解第三种方案之前我们先了解FRAM的基本特点:

美国Ramtron公司铁电存贮器（FRAM）的核心技术是铁电晶体材料．这一特殊材料使得铁电存贮产品同时拥有随机存取记忆体(RAM) 和非易失性存贮产品的特性．产品的主要特点:  

1. 擦写次数多,至少达到1000亿次.  

2. 速度快,没有写等待时间.  

3. 功耗低,读写电流150Ua,静态电流小于1Ua  

4. 读写无限次,在超过1000亿次后,FRAM还可以做SRAM使用  

5. 接口方式与IIC的EEPROM完全兼容,与并口SRAM兼容,与普通SPI接口的EEPROM兼容

三 FRAM的存储方式



由于FRAM有SRAM的速度和次数,又有Flash和EEPROM的特点,掉电后数据能保存,同时多功能的FRAM还有电源管理功能.所以用FRAM首先可以简化系统的电路,减低系统的成本.另外由于FRAM的特点,提高系统的可靠性.

目前欧美和韩国等一些汽车工业发达国家的汽车黑匣子都是用FRAM做他们的存储器.