news 2026/1/23 8:25:47

MCU 锁步(Lockstep)

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张小明

前端开发工程师

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MCU 锁步(Lockstep)

目录

一、什么是Lockstep

二、锁步核(Lockstep Core)

三、MCU锁步的主要类型

3.1 完全锁步(Full Lockstep)

3.2 分时锁步(Delayed Lockstep)

四、图例


一、什么是Lockstep

Lockstep直译为“紧密步调”,意思是步调一致,一开始用来表示行军队伍步伐一致,后被引入计算机行业。

锁步是为MCU设计的一种硬件级冗余容错架构,大概思想是:通过两个或多个CPU同步执行相同指令并实时对比结果,实现故障的实时检测,是汽车电子、工业控制行业实现安全保障的核心技术之一。

二、锁步核(Lockstep Core)

锁步核分为Master Core与Checker Core, 这两个core跑的是相同的程序,输入也是相同的(包括时钟)。通过硬件比较器逐个周期比较Master Core与Checker Core的输出,如果结果相等,则程序运行一切正常,若结果不同,则可能存在故障,需进行下一步处理措施(重启或记录日志或继续观察几个周期再处理)。

三、MCU锁步的主要类型

3.1 完全锁步(Full Lockstep)

Master Core与Checker Core的每一条指令都实时同步比对,故障检测精度达到指令级别,安全性最高,是汽车 ASIL D 级系统的首选。

3.2 分时锁步(Delayed Lockstep)

Checker Core延迟几个时钟周期再执行相同指令,通过时间冗余降低硬件成本,但故障检测有微小延迟,适用于对成本敏感的中低安全等级场景。

四、图例

注意:只有Master Core的结果会对外输出,Checker Core的结果不用于对外输出(仅内部比较)

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