Applications應用案例
車載EDR中FeRAM的應用案例
捕捉1/100秒的真相：FeRAM的高速寫入確保不遺漏車禍發生前的關鍵資訊
在安全氣囊電子控制單元（ECU）內的事件資料記錄器（EDR）中，FeRAM也被廣泛應用。透過使用FeRAM，可滿足EDR的技術規範，確保在事故發生時，能即時記錄並保存詳細資料，有助於釐清事故原因。
目次
關於EDR
事件資料記錄器（EDR）是一種車載事故記錄裝置，內建於汽車的電子控制單元（ECU）中。其功能是在事故發生前後的時間段內記錄車輛速度等相關數據。如下圖所示，EDR會在事故發生前約5秒至安全氣囊完全展開之間，以時間序列方式將車速等資訊記錄於非揮發性記憶體中。
FeRAM 的特徵與優勢:
事故原因分析所需的詳細資料記錄
事件資料記錄器（EDR）需要在突發狀況的前後高速寫入資料。理想情況下，應在攝影機或感測器偵測到事故前5秒開始寫入，並在事故導致電力喪失前完成寫入並啟用資料保護狀態。為了達成此要求，FeRAM 是最理想的選擇。它能持續進行資料寫入，並在斷電前的極短時間內完成資料保存。此外，EDR 的資料寫入不僅需考量寫入時間，也需符合建議的資料採樣數量（最高達100樣本／秒）。使用 FeRAM 可準確記錄事故前後的資訊，協助事後調查與原因分析。
若僅以每秒取樣一次的EDR進行記錄，不僅車速變化僅能精確至秒，亦無法掌握剎車操作的準確時點。
EDR所記錄的資料包含速度變化、車速顯示、油門踏板位置、煞車開關狀態等。透過事故後回收並分析這些資料，可清楚掌握事故發生前駕駛者的操作情況、乘客狀態以及車輛整體反應。
下圖為以100樣本／秒 記錄車速，並以10樣本／秒 記錄其他項目的數據示意。以10毫秒為單位記錄車速，可更清楚地分析車輛行為，同時可更精確掌握煞車操作情況，從而準確評估駕駛人在事故發生時的閃避行為。
以下摘錄自日本國土交通省的J-EDR技術要求。文件中明確指出需使用非揮發性記憶體，並對資料採樣率與防止資料竄改提出具體規範。FeRAM可同時滿足這兩項要求。
4.1.3 當發生下列任一情況時，J-EDR（事件資料記錄器）應捕捉並記錄資料項目：（1）若發生兩次以上氣囊展開事故，必須記錄新的事故資料， 且既有事故資料不得被覆寫。（2）若發生兩次以上超過啟動閾值（150毫秒內車速變化達8公里／小時以上） 但氣囊未展開之事故，亦須記錄新資料並遵循以下規定：（i）若非揮發性記憶體仍有空間，則記錄新的未展開氣囊事故資料。（ii）若記憶體已滿，製造商可自行判斷是否覆寫舊資料。（iii）記錄氣囊展開事故資料的記憶體不得被未展開事故資料覆寫。
4.2 資料防竄改： 非揮發性記憶體中記錄的資料不得遺失或被修改。
斷電前最後一刻的資料仍可利用
FeRAM具有極高的寫入耐久性，非常適合作為資料緩衝區。當MCU運行時，事件資料會持續寫入FeRAM。由於FeRAM為非揮發性，即使電源中斷，資料仍可完整保存。因此，即使在電源損壞的情況下，也不會遺失最新資料。透過直接將資料寫入FeRAM，可省去從SRAM轉存至EEPROM或Flash的步驟，無需額外電力即可保存最後時刻的資料。
以下為1Mbit SPI的示例。
與常見的EEPROM與NOR Flash相比：
- FeRAM的循環時間為120ns，
- EEPROM為5ms，
- NOR Flash為0.4ms。
若假設從正常運作到電壓降至無法運作的過程為數毫秒，則EEPROM可能僅能記錄一次，NOR Flash僅能記錄數次，而FeRAM則可完成數千次記錄。此外，當電壓降至最低工作電壓以下時，FeRAM會暫停記錄以避免寫入錯誤。然而，由於其高速特性，仍能保存事故前夕的關鍵資料。相對而言，EEPROM與NOR Flash在此期間的記錄間隔較大，且在低電壓狀態仍強制寫入，可能導致部分資料損毀。
補充說明：NOR Flash在以1頁（256 Byte）為單位進行連續寫入時，每個最小區塊（4K Byte）須耗時約 30ms進行擦除後方可寫入。
符合J-EDR規格的高性能非揮發性記憶體
日本國土交通省正推動符合J-EDR規格的EDR系統，其中「非揮發性記憶體」被列為技術要求中的關鍵項目之一。其要求為：「能電磁記錄並保存車載裝置傳輸的動態與時間序列資料，且在資料保存過程中不依賴電源。」與EEPROM、Flash等非揮發性記憶體相比，FeRAM具備更高的寫入速度與耐久性，即使在斷電情況下仍可保持資料，因此極為適合應用於EDR。
EDR儲存必要採集資料所需的容量
多數EDR標準對基本資料採集項目有明確規範，包括：前後方向速度變化、車速顯示、油門踏板位置、煞車踏板位置、引擎啟動次數、安全帶狀態、警示燈狀態等。對於車速資料，建議採樣率為100樣本／秒，其他項目為2樣本／秒。容量介於64Kbit～4Mbit 的 FeRAM即可滿足此資料記錄需求。
根據J-EDR技術要求（第3頁），各資料項目採樣率如下：
- 前後方向速度變化：100樣本／秒
- 車速顯示：2樣本／秒
- 油門踏板位置：2樣本／秒
- 煞車開關狀態：2樣本／秒
若每個資料樣本約為1Byte，記錄事故前5秒的資料，所需容量為：
500 + 10 + 10 + 10 = 530 Byte（約 4240 bit）。
記錄項目包括：
- 前進方向速度的最大變化量
- 發生最大變化的時間
- 點火循環（碰撞／下載）
- 安全帶狀態（已繫／未繫）
- 所有氣囊警示燈狀態（亮／滅）
- 氣囊展開所需時間