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        《電子技術應用》
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        加速新一代軟件定義汽車創新落地,恩智浦S32Z和S32E實時處理器滿足新要求

        2022-08-09
        作者:王潔
        來源:電子技術應用

        汽車智能化的大趨勢下,“軟件定義汽車”成為產業共識。傳統的汽車電子電氣架構一般是ECU(電子控制單元)分布式,由單一功能的ECU連接,以總線將多個ECU連接成網絡,如需要增加功能,就需要在總線上增加相對應的ECU,隨著汽車行業的發展,軟件在汽車中的作用越來越重要,ECU數量也隨之增多,小型車輛大概有20~30個ECU,大型車輛則有超過100個ECU,布線變得越來越混亂復雜。復雜的分布式電子電氣架構已經難以滿足智能化功能對算力、傳輸速度等方面的要求,集中式電子電氣架構成為發展趨勢。

        繼兩年前推出的大獲成功的汽車網絡處理器系列S32G之后,近期恩智浦又推出了全新的S32汽車平臺全新的產品組合——S32Z和S32E實時處理器系列,是具備安全MCU關鍵確定性行為的全新處理器系列,提供出色的千兆級內核主頻,多應用隔離和存儲器擴展功能,助力新一代的軟件定義汽車。

        汽車架構向域和區域化演進

        “近年汽車電子電氣架構發生了向域和區域化轉型的趨勢。在域方面,主要是對軟件進行了整合升級,使得部分ECU的功能都能集成到一個核心的域ECU上;區域化方面則更多考慮相鄰位置的ECU功能的合并,簡化了線束連接。恩智浦最新推出的S32Z和S32E實時處理器就是希望能滿足電子電氣架構演進對處理器芯片提出的新要求?!倍髦瞧职雽w資深副總裁,汽車控制及網絡解決方案產品線總經理Ray Cornyn如是說道。

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        汽車電子電氣架構向軟件定義汽車演進(圖源:恩智浦公司)

        向域控制發展存在新的挑戰:在集成的過程中,有些軟件是OEM所有,有些是一級供應商所有,如何集成這些軟件就成為了挑戰。S32Z和S32E能夠應對這些挑戰,使來自不同供應商的軟件能夠獨立地、互不干擾地運行。

        有了S32Z和S32E的加入,如今恩智浦S32系列芯片可以為汽車基礎設施平臺提供端到端解決方案,涵蓋車輛行駛和運行的方方面面,此前發布的S32K主要負責車身與舒適系統,S32G主要負責汽車網絡,如今推出的S32Z和S32E則主要負責車輛的動力學控制等安全實時類的應用,這些系列組合可加速智能互聯汽車和軟件定義汽車的落地。

        實時處理至關重要

        在計算領域,“實時”指在指定時間段內對事件做出響應。否則,應用可能無法正常工作且運行不安全。實時應用是指與車輛的動力控制以及駕乘人員舒適性有關的一些應用,包括制動系統、轉向系統、電子穩定控制、牽引電機控制,以及電動汽車有關的電源轉化、車載充電等,這些應用都需要建立在實時、安全控制的基礎上。

        為了滿足時序限制,處理器內核必須滿足性能要求,提供快速中斷響應并提供確定執行。S32Z和S32E系列處理器中使用的Arm Cortex-R52處理器內核能夠滿足這些要求,在高度集成的環境下實現實時控制。同時具備ASIL-D的功能安全等級以及千兆級的內核主頻,還集成了原本在網絡處理芯片中特有的網絡加速引擎。

        多ECU集成

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        多ECU集成示例(圖源:恩智浦公司)

        上圖左側是傳統的混合動力汽車的集成控制情況,如今在電動汽車里需要控制很多電子電氣部件,多個ECU之間通過串行通信接口連接,每個ECU都是獨立的。S32Z和S32E能夠提供一個通用的軟件平臺對傳統功能進行集成,使得多個獨立的應用能夠在同一個處理器芯片中同時運行。

        S32Z和S32E處理器支持多個隔離的虛擬機(VM)與“內核到引腳”硬件虛擬化,進而實現新的硬件隔離級別,即每一個應用在虛擬的處理器上運行時都能夠指定一組硬件資源集合,這樣其他的應用就沒有辦法“盜取”它的資源,通過這樣的設計保障使各個功能獨立地運行。

              發揮5nm技術優勢

        S32Z和S32E是恩智浦全新系列推出的首款產品,屬于中端千兆級的16nm可擴展系列。Ray Cornyn透露,在2023年底恩智浦還會推出低端的裁剪版本Z1,還有不久前恩智浦CEO Kurt Sievers在一次活動中展示過的下一代更高性能的5nm芯片已進入功能測試階段,將會在適時推出,使得全球的OEM和一級供應商可以通過S32Z和S32E處理器實現多樣化的實時集成,并且得到良好的生態系統的支持。

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        S32實時處理器路線圖(圖源:恩智浦公司)

        “考慮到當前市場上的芯片短缺,處理器選擇陳舊工藝可能會面臨產能風險,我們使用了16nm FinFET,因為它有足夠的產能支持汽車領域的客戶?!盧ay Cornyn表示,“5nm技術在功耗管理方面非常強大,對于高性能處理器的散熱非常有好處,相信再過幾年5nm也會成為理想的選擇,我們也會將5nm米技術應用于全系列的產品以充分地發揮5nm技術的優勢?!?/p>

        一致的兼容性

        恩智浦的S32系列產品有很好的軟件兼容,Z和E系列產品還能實現引腳兼容。兩系列的初版樣品擁有8個帶可分鎖步支持特性的Cortex-R52處理器內核,工作頻率高達1 GHz。借助可分鎖步功能,可以在啟動時根據應用需求選擇不同的處理器內核配置。例如,支持4個鎖步對,其中兩個鎖步對有4個非鎖步處理器內核,或者所有8個處理器內核都在非鎖步模式下運行,可實現較高的靈活性。

        新產品使用LPDDR4 DRAM 和Flash存儲器擴展存儲器,還支持更大的應用和未來重要的數據,包括支持機器學習和用于汽車服務和數據共享的AUTOSAR ?自適應平臺。

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        (圖源:恩智浦公司)

        作為車載處理器,S32Z和S32E可以與其他傳統的控制器通過以太網和傳統的CAN接口連接,恩智浦還與博世聯合開發了CAN-XL接口。

        “現在很多的客戶都希望能把驅動功能也集成到器件中,之前有一些做法是在邊緣側或區域控制器端實現驅動功能,有客戶希望能夠把驅動功能融合到域控制器的主處理器中,恩智浦的S32E就能滿足這方面的需求。在功能性、內核和軟件兼容方面,S32Z2和S32E2是統一的?!盧ay Cornyn指出。

        綜合來看,S32Z和S32E處理器在車載復雜的實時應用和需要更高性能的更高級別軟件集成場景中能發揮其領先優勢。與通常在300~400 MHz范圍內運行的競爭產品28nm安全微控制器相比,16nm S32Z和S32E處理器的速度高達1 GHz,具有強大的競爭優勢。此前6月的Embedded World大會上,S32Z、S32E實時處理器作為創新的硬件解決方案而廣受贊譽,榮膺2022年Embedded World創新硬件獎。

        據悉,S32Z和S32E會在明年量產,中國市場上大量的新能源初創車企對電子電氣架構的演進接受度更高,對ECU整合的需求也更加旺盛,S32系列產品的有著很好的市場機會。目前S32汽車平臺的產品在G、R、K等系列的基礎上又加入了Z、E系列,另外也有其他系列,都遵循同樣的功能安全和信息安全的標準,以及同樣的開發流程。


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