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[参考译文] TMS470MF03107:适用于 SIL3级别和 PLD 级别的 Hercules MCU

Guru**** 2455360 points
Other Parts Discussed in Thread: TMS570LC4357, HALCOGEN, TPS65381A-Q1, AMIC110

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/microcontrollers/arm-based-microcontrollers-group/arm-based-microcontrollers/f/arm-based-microcontrollers-forum/628607/tms470mf03107-hercules-mcu-for-sil3-level-and-pld-level

器件型号:TMS470MF03107
主题中讨论的其他器件:TMS570LC4357HALCOGENTPS65381A-Q1AMIC110

您好!

我将开发具有功能安全功能(如 STO、SS1、SS2、SOS、SLS、 ) 根据以下标准和安全级别:

    • IEC 61508 (通用功能安全标准)-> SIL3级别
    • IEC 61800-5-2 (工业驱动器安全标准)-> SIL3级别
    • IEC 62061 (机械)-> SIL3级
    • ISO 13849-1 (机械)-> PLL 级别

以下是一些问题:

  1. 如果每个驱动器仅使用一个 Hercules MCU 就足以满足我们的 SIL3目标(例如最大 SIL 和 PL、直流诊断覆盖范围、冗余...)。 我已经了解到 Hercules 架构是1oo1D (安全系统不是冗余的)、这意味着 MCU 的 DC>99%?
  2. Hercules MCU 系列中的哪些版本经过全面认证并随用户文档提供?
  3. 我知道 TI 提供了验证工具、但我们需要哪些工具进行评估。 您是否有一些更详细的信息或实例?
  4. 关于应用程序级别(我们编写的代码)、它是使用 TI 提供的工具进行验证的、还是我们需要一些外部单元测试(如 Polyspace、Cantata、LDRA、ECC)?
  5. 如果有人 仅成功地使用一个 Hercules MCU 实现了符合 IEC61508/SIL3的产品、您有什么经验吗?
  6. 我们尝试了用于编译器资质审核的演示套件、但看到了 Hercules SafeTI 编译器资质审核套件(免费)。 哪些差异会影响认证流程?

非常感谢、

传真

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    您好传真:

    首先、让我指出、参考的器件型号是安全功能有限的非锁步器件。 它是 QM (质量管理)设备、未经认证。 尽管系统级注意事项可能起作用、但该器件通常不适用于您已将其作为目标的安全级别。 它是一款汽车级器件、因此可用于不要求严格的 ASIL 要求的汽车应用。

    有鉴于此、我将回答您有关我们具有 锁步内核的更标准 Hercules 系列安全 MCU 的问题。 这包括低端上的 TMS570LS0x32系列、到高端上的 TMS570LC4357相对于特性内容和性能。

    Hercules 安全概念:

    首先要明确的是、这些器件具有2个 CPU/内核、但它们以锁步方式运行、无法断开连接。 这些内核异相运行以实现时间多样性(即始终运行2个时钟不同步)。 它们在输出端同步、并通过比较器逻辑比较输出、这样、如果它们的运行存在任何差异、就会通知故障。 在这种情况下、系统中只有1个内核真正处于活动状态、而第二个内核仅作为第一个内核的诊断、以确保一致和准确的操作。

    除此之外、还有其他几种基于硬件的安全机制、例如内核的逻辑内置自检(LBIST)、RAM 的内置自检(BIST)、闪存和 RAM 上的 ECC 等。。。。。。 最终结果是围绕代码执行构建一个安全的硬件岛、以确保代码执行安全。 然后、允许使用基于软件的测试来为器件上的其余外设和其他 IP 提供安全性。

    现在、我们已经对这一概念有了基本的了解、我将解答您的具体问题:

    .[报价用户="传真"]1. 如果每个驱动器仅使用一个 Hercules MCU 就足以满足我们的 SIL3目标(例如最大 SIL 和 PL、直流诊断覆盖范围、冗余...)。 我已经了解到 Hercules 架构是1oo1D (安全系统不是冗余的)、这意味着 MCU 的 DC>99%?[/QUERP]

    是的、Hercules 器件基于1oo1D 架构。 Hercules 系列安全 MCU 中的每个锁步器件都已通过 IEC61608:2010 SIL3 SEooC 认证。 我们有效地证明了在组件级别达到 IEC61508标准要求的 DC-99%合规性的能力。 这并不一定意味着可以在系统或积分器级别实现 SIL3级别。 这取决于许多应用特定的要求以及您尝试与之保持一致并遵守的单个标准的要求。

    [报价用户="传真"]2. Hercules MCU 系列中的哪些版本经过全面认证并随用户文档提供?

    有关经 IEC61508或 IEC61508和 ISO26262认证的器件的完整列表、 请参阅 www.ti.com/safeti 页面了解详细信息。 TI 公开提供我们认证器件的大部分文档、无需签订 NDA。 但是、我们的安全分析报告和 FMEDA 工具需要 NDA。 NDA 材料在 SafeTI 私人论坛中提供 、您可以通过以下链接 www.ti.com/safetyanalysis 填写表格并提交 SafeTI NDA 来加入该论坛。 此论坛还可用于讨论我们 SafeTI 产品的任何与保密协议相关的主题、因为私人社区的所有成员都受其相关保密协议的约束。 我们确实要求保密协议主题不在(本)公共论坛上。

    [报价用户="传真"]3. 我知道 TI 提供了验证工具、但我们需要哪些工具进行评估。 您是否有一些更详细的信息或实际示例?

    我们提供多种工具来帮助开发安全项目并使用我们的 Hercules 器件。

    首先、我们提供了几种免费的软件包、可帮助您进行特定于器件的软件开发、因此您可以专注于自己的应用。

    这从我们的 HalCoGen 工具开始。 顾名思义、它是 HAL 代码生成工具。 它具有一个 GUI、允许对器件上的每个外设/IP 进行图形配置、包括时钟设置、中断管理等系统 IP。配置完所有元素后、该工具将 自动为每个已配置 IP 生成启动代码和驱动程序。

    第二个软件包是我们 的 SafeTI Diagnositic 库  、它通过编码的许多安全机制可以更轻松地集成到您的应用中。

    上述每种工具都具有可购买的相关 CSP。 我将在下 一个问题的背景下更详细地讨论 CSP。

    当然、开发的关键工具是 IDE。我们的 IDE 是一款基于 Eclipse 的工具、称为 Code Composer Studio、它包含编辑器、编译器、编程器和调试环境、 除了对可执行代码有直接影响的编译器外、这些组件中的每一个都不被视为安全关键型组件。 因此、我们在编译器资质审核套件(CQK)中提供了几个编译器资质审核选项。 可以在私人论坛顶部的常设员额上阅读有关这些问题的更多信息。 以下是一个链接: https://e2e.ti.com/support/microcontrollers/hercules/f/312/t/616290。 还有一个基于用户的付费使用模式的产品页面、您的团队可在其中对您的特定设置和编译器用例执行测试。 它位于以下位置: http://www.ti.com/tool/SAFETI_CQKIT

    最后、TI 提供了一种工具(FMEDA)、可用于根据应用特定的任务配置文件、功能使用、引脚使用、安全机制使用等来定制器件与我们应用相关的安全指标 然后、可在整体系统计算中使用得出的 FIT 率指标、以提供证据 给客户的系统级评估员。

    [报价用户="传真"]4. 关于应用程序级别(我们编写的代码)、是否使用 TI 提供的工具对其进行了验证、或者我们是否需要一些外部单元测试(如 Polyspace、Cantata、LDRA、ECC)?[/quot]

    TI 提供合规性支持包(CSP)、在大多数情况下、该支持包包含测试自动化单元(TAU 工具)以及一组同时包含静态和动态测试报告的配套资料。 τ 工具允许客户根据测试报告重新创建测试、以防对提供的安全相关代码进行任何更改或对应用程序的代码进行自定义。 Tau 工具是基于 LDRA 的有限许可证工具。 它只能用于 TI 提供的作为适用封装一部分的代码。 我认为、始终有选项可以与 LDRA 协商扩展许可证、以便该工具可以在需要时涵盖更广泛的应用级代码、但这由终端客户/集成商自行决定。 我们对 CSP 的意图是提供所有必要的信息、使集成商能够验证 TI 提供的软件组件是否符合在其安全系统中使用的条件。 这意味着所提供的代码尚未经过 TI 外部的认证或评估、无法符合任何给定标准。 如需更多信息和可下载的演示、请访问: http://www.ti.com/tool/safeti-hercules-diag-lib-csphttp://www.ti.com/tool/safeti-halcogen-csp

    [报价用户="传真"]5. 如果有人 仅使用一个 Hercules MCU 成功实施了符合 IEC61508/SIL3的产品、您是否有经验?

    是的。 我们有许多客户已经过 SIL3系统认证、只有1个 Hercules 器件、但需要考虑系统级要求和特定标准要求。 例如、对于 ISO13849、 我们与第三方评估人员合作、审查了一个概念、即将1个 Hercules 器件与 TPS65381A-Q1 PMIC 一起用作测试设备、以满足 Cat3 PLD 等级要求、我们的客户在其认证系统中也使用了这一类似的概念。 可以在保密协议 安全环境中讨论有关此问题的更多详细信息。  但是、要注意的一点是、满足安全目标的适用性和能力始终取决于正在实施的安全功能。 为了真正了解这一要求以及我们通过单个 MCU +PMIC 满足这一要求的能力、我们需要了解预期操作和将强制执行的适用安全状态。 遗憾的是、没有一种尺寸适合所有器件。

    [报价用户="传真"]6. 我们尝试了用于编译器资质审核的演示套件、但看到了 Hercules SafeTI 编译器资质审核套件(免费)。 哪些差异会影响认证流程?

    我认为这是在工具问题下解决的、其他信息指向 Hercules 公共 E2E 顶部的便签帖子。 如果在查看所提供的信息后仍有问题、请告知我。

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    感谢你的答复。

    我是代表询问上述问题的公司的技术人员。

    对于 RM4x 和 TMS570x Hercules 系列之间的区别、我们还有一些疑问。

    我们要使用 Hercules MCU 开发的应用是符合 IEC 61508 (SIL3)/ISO 13849-1 (PLD)标准的工业可调速度安全驱动器。

    您能否澄清一下、我们在哪些情况下更倾向于使用 RM4x 系列而不是 TMS570x 系列? 我们似乎可以将两个系列的 MCU 用于工业级产品、而网站中的成本似乎是一样的。

    我们的应用是否存在其他相关差异?

    谢谢、

    Giacomo Gasparini。

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    您好、Giacomo、

    [引述 USER="Giacomo Gasparini">您能否澄清一下、在哪些情况下、我们更喜欢 RM4x 系列而不是 TMS570x 系列? 我们似乎可以将两个系列的 MCU 用于工业级产品、并且网站中的成本似乎是相同的。

    从程序员模型角度来看、主要区别在于 RMxx 器件采用小端字节序。  

    从更大的图片/系统角度来看、对于 TMS570x 系列、RMxx 器件的性能可达到105C 与125C。 这意味着由于较低的环境温度额定值和散热要求、RMxx 的性能得到了扩展。 通常、这相当于 Rmxx 器件的频率额外增加约10%(有关您考虑的器件的特定额定值、请参阅《特定器件数据手册》)。

    [引用用户="Giacomo Gasparini"]我们要使用 Hercules MCU 开发的应用是符合 IEC 61508 (SIL3)/ISO 13849-1 (PLD)标准的工业可调速度安全驱动器。

    您之前曾问过应用的单通道实现。 正如我提到过的、我们已让客户成功地将我们的器件与配套 PMIC 一起作为测试设备来实现 PLD 分类。 这并不意味着它将对所有系统都有效、尤其是它仅是实现二进制安全目标的理想选择。 即、我的意思是安全目标是开启或关闭、例如 STO 或 E-stop 应用。 对于需要持续或甚至降级性能的安全场景、例如安全速度控制、强烈建议评估一个双通道系统、在该系统中、第二个通道具有比简单测试设备状态更好的监控功能。 我尚未进行调查、但如果需要、可能还会考虑一些基于硬件的速度限制或控制、以代替完全处理的第二通道。 最后、确定如何最好地保护应用的安全目标成为了一个系统问题。

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    我不是 TI 主题专家。
    以下是需要考虑的一些事项。
    微控制器可以是1oo1 (您需要设置诊断计划以解决该问题);其余硬件可以使用 xoox 功能构建、这些功能可以馈入器件的运行和自检状态。 这是一个需要思考的问题。
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    您好、Neil、

    通常、ISO13849标准需要2个物理或逻辑通道来满足 CAT3架构要求。 我们可以使用配套器件作为安全功能的"GO/NO GO" TE 来实现此目的(在本例中为安全转矩关闭)。 见 TUEV SUED 的批注信发布于: www.ti.com/.../spnu604

    您是否具有满足 Cat3 PLD 要求的1oo1D 系统经验? 如果是这样、如果您可以发布有关如何实现这一目标的高级方框图以及有关如何维护安全目标的详细信息(只要它不是您的应用所专有的)、那将非常有帮助。 我们在电机驱动要求等更复杂的安全目标方面通常面临的障碍是需要降低性能或部分功能。 由于 Hercules 是一个 HFT=0器件、在某些故障模式下、如果发生任何故障类型、需要 MCU 继续运行、这就代表了一个问题、但这又回到了系统设计和默认安全状态的定义。
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    SIL#(风险等级)不是类别#(允许的技术方法)

    PLD 不允许使用类别1中显示的1oo1。

    我想到的是类别2 (即1oo1、具有预定义的测试和诊断计划)。 如果1oo1微控制器被认为存在故障、则需要一个硬件解决方案才能进入"安全状态"。

    在 ISO 13849-1 2008的第4.5.4节中、底部是表格/图表。
    这些数据表明、低/中风险事件可通过类别2来处理(如第6.2.5节所述)。 这是一个具有测试周期和测试状态的1oo1设计。 该配置在高风险需求中不可用、仅在低/中需求中可用。

    我可能弄错了。
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    尼尔

    同意 SIL 级别不是类别级别。 具体而言、上述问题是单个 MCU 是否可以满足以下安全要求:

      • IEC 61508 (通用功能安全标准) -> SIL3级别
      • IEC 61800-5-2 (工业驱动器安全标准) -> SIL3级别
      • IEC 62061 (机械) -> SIL3级
      • ISO 13849-1 (机械) -> PLL 级别


    更具体地说,有人问:  

    如果每个驱动器仅使用一个 Hercules MCU 就足以满足我们的 SIL3目标(例如最大 SIL 和 PL、直流诊断覆盖范围、冗余...)。

    因此、我认为将该类别纳入讨论中可能是一个有点不明确的因素、因为 PL 比该类别更等同于 SIL 级别、并且所需的安全级别不能确定目标类别。

    如果不考虑类别、那么肯定可以利用具有冗余或多样化 IP 的单个 MCU (例如2个 N2HET 模块或多种 N2HET + ePWM、eCAP、eQEP IP) 与外部 PMIC 一起实现可接受的安全级别、如我们的概念研究中所述。 这方面的主要问题仍然在于系统级的评估、只有系统集成商才能产生这种影响、因为 ISO 13849作为机械指令是在系统级而非器件/组件级执行的、IEC62061和 IEC61800也是如此。 我们在组件级别唯一可以应用的这些标准之一是 IEC61508、因此这是 Hercules 可以声称完全符合的唯一标准、但即使在应用级别使用组件后、也会提升到系统级别。

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    感谢您的回复、

    关于二进制安全功能(例如 STO)和复杂功能(例如 SS1、SOS)之间的区别:

    据您所知、如果我们实施支持 SIL3的 FSoE (通过 EtherCAT 实现失效防护)现场总线网络、以便在 FSoE 主节点和 FSoE 从节点之间请求/配置安全功能、STO 功能是否仍被视为二进制功能?

    谢谢你。

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    Giacomo、

    如果有一个从节点执行 STO 功能、而 Hercules 是主节点、则不会是二进制操作、因为 MCU 需要进行一些处理才能完成到从节点的传输。 在我们作为从器件的情况下、如果在从节点范围内检测到严重故障、我们可以在没有外部干预的情况下进入 STO。

    此外、相对于 FSoE 和 EtherCAT、您对该协议的实施有何看法。 我从 EtherCAT 专家那里了解到、我们的以太网实现和带宽无法跟上负载和所需的响应时间。 因此、我们通常建议使用外部 ASIC 或专用 EtherCAT 接口仅滤除安全/FSoE 所需的消息。 我曾看到过 TI 的 AMIC110用于替代更昂贵的 ASIC 的情况、我们的参考设计也采用了 C2K 器件、尽管不安全、但也会执行同样的操作。 由于该接口只是 SPI 接口、因此可以使用 Hercules 替代 C2K 器件来实现类似的实现。
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    在 PLD 系统中使用 AMIC110时需要考虑的另一个因素。 这还使您能够使用第二个通道来监控和交叉检查操作、从而进一步满足 ISO13849标准。 也就是说、您可能能够使用更传统的电源、并将我们的概念研究中的 TPS65381A-Q1 PMIC 功能替换为功能更强大的 AMIC110功能。