移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用場景日益增多，覆蓋工業(yè)自動(dòng)化到服務(wù)型機(jī)器人等領(lǐng)域。保障移動(dòng)機(jī)器人的操作安全可靠至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兂休d的任務(wù)更加復(fù)雜，且運(yùn)行環(huán)境不可控。

恩智浦新一代MCX系列微控制器助力應(yīng)對(duì)機(jī)器人安全挑戰(zhàn)。MCX MCU基于高性能Arm®Cortex®-M33內(nèi)核，具有先進(jìn)的錯(cuò)誤檢測和糾正功能，非常適合開發(fā)對(duì)可靠性和安全性要求極高的移動(dòng)機(jī)器人。

移動(dòng)機(jī)器人常見的可靠性和安全問題

移動(dòng)機(jī)器人搭載的電子系統(tǒng)允許機(jī)器人感知周圍環(huán)境、進(jìn)行智能決策，并精確控制自身的動(dòng)作。然而，移動(dòng)機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)可能會(huì)面臨極端溫度、振動(dòng)和電磁干擾等多種挑戰(zhàn)，隨著時(shí)間的推移，這些壓力源會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人的內(nèi)存出現(xiàn)錯(cuò)誤和損壞。考慮到移動(dòng)機(jī)器人預(yù)期使用壽命較長，確保電子組件長期的可靠性至關(guān)重要。

移動(dòng)機(jī)器人的內(nèi)存錯(cuò)誤可能導(dǎo)致各種可靠性和安全性問題。機(jī)器人控制固件中的位翻轉(zhuǎn)也可能導(dǎo)致執(zhí)行錯(cuò)誤的指令，進(jìn)而引發(fā)意外行為。傳感器數(shù)據(jù)損壞，可能導(dǎo)致解讀錯(cuò)誤，讓機(jī)器人做出錯(cuò)誤的決策。電機(jī)控制出錯(cuò)可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人進(jìn)行計(jì)劃之外的運(yùn)動(dòng)，或者對(duì)機(jī)器人本身或其周圍環(huán)境造成損害。

在安全關(guān)鍵應(yīng)用中，例如在人類周圍工作的移動(dòng)機(jī)器人，此類故障可能帶來嚴(yán)重的后果。為了確保移動(dòng)機(jī)器人的操作安全可靠，必須采取嚴(yán)密措施規(guī)避內(nèi)存錯(cuò)誤。

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MCX面向閃存和RAM的糾錯(cuò)功能

恩智浦MCX A系列微控制器包含幾個(gè)關(guān)鍵功能，可用于檢測和糾正內(nèi)存錯(cuò)誤。MCX A內(nèi)置了高達(dá)128KB的閃存，具有糾錯(cuò)碼(ECC)功能(MCX A參考手冊(cè)，第4.5節(jié))。MCX N系列閃存最高達(dá)2MB，帶有ECC功能。閃存的每個(gè)128位字包含額外的9位ECC數(shù)據(jù)。

ECC是指在每個(gè)數(shù)據(jù)字旁邊存儲(chǔ)額外冗余位的技術(shù)。每次數(shù)據(jù)讀取時(shí)，額外冗余位將重新生成ECC位，并與原先存儲(chǔ)的ECC進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性。如果重新生成的ECC位與存儲(chǔ)的ECC位不匹配，則意味著存在錯(cuò)誤，ECC能夠糾正該錯(cuò)誤。單個(gè)比特出錯(cuò)時(shí)，ECC能確定具體的出錯(cuò)比特。但出現(xiàn)雙比特錯(cuò)誤時(shí)，ECC只能檢測，不能糾正。

如果微控制器檢測到ECC錯(cuò)誤，則系統(tǒng)控制器(SYSCON)模塊會(huì)生成總線故障或使用中斷來處理該錯(cuò)誤。靈活的故障處理能力允許開發(fā)人員根據(jù)自己的具體應(yīng)用自定義處理方式。

MCX A還提供32KB的片上SRAM，其中有一個(gè)8KB的塊(RAMA0)具有ECC功能，能夠進(jìn)行單錯(cuò)誤糾正和雙錯(cuò)誤檢測(SEC-DED——MCX A參考手冊(cè)，第9.1.2節(jié))。當(dāng)配置為ECC時(shí)，MCX N系列提供高達(dá)416KB的RAM，在VBAT模式下，其中的32KB RAM可以保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。該功能可保護(hù)關(guān)鍵的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如傳感器輸入和算法狀態(tài)變量。微控制器中部署了一個(gè)錯(cuò)誤報(bào)告模塊(ERM)，可提供全面的錯(cuò)誤報(bào)告和控制功能。ERM從ECC邏輯捕獲并記錄錯(cuò)誤事件，為監(jiān)測內(nèi)存子系統(tǒng)的健康狀況提供清晰的視圖。開發(fā)人員可以利用錯(cuò)誤信息進(jìn)行診斷和預(yù)測性維護(hù)。

錯(cuò)誤注入模塊(EIM)在讀取具有ECC功能的RAM時(shí)具有注入錯(cuò)誤的能力，可實(shí)現(xiàn)自我診斷。這種自檢功能允許開發(fā)人員進(jìn)行定期自檢，確保微控制器的可靠運(yùn)行。

除了ECC之外，MCX A系列還包括一個(gè)內(nèi)存塊檢查器(MBC)，為不同內(nèi)存區(qū)域的讀、寫和執(zhí)行權(quán)限提供運(yùn)行時(shí)安全控制(MCX A參考手冊(cè)，第45.1節(jié))。通過定義內(nèi)存訪問策略，MBC可以防止非法的內(nèi)存訪問。