使用實(shí)時(shí)處理器擴展恩智浦S32汽車(chē)平臺的意義

恩智浦S32汽車(chē)平臺推新，新增了具備安全MCU確定行為特性的全新類(lèi)別實(shí)時(shí)處理器，提供出色的千兆級主頻、多應用隔離支持和存儲器擴展功能。全新的16nmS32Z和S32E實(shí)時(shí)處理器系列適用于為軟件定義汽車(chē)提供跨域功能的安全集成。

S32平臺的擴展意義重大，允許恩智浦客戶(hù)在其新的汽車(chē)架構中利用該平臺的共性和優(yōu)勢，如Arm^? Cortex^?處理器內核、集成硬件安全引擎（HSE）、ISO 26262 ASIL D功能安全支持和通用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境以及面向應用的處理器系列。S32G汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )處理器適用于汽車(chē)計算和服務(wù)型網(wǎng)關(guān)S32K通用微控制器適用于車(chē)身域應用和區域應用S32Z實(shí)時(shí)處理器適用于安全處理和實(shí)時(shí)域控制及區域控制應用。這些器件共同支持客戶(hù)多樣化的端到端域和區域汽車(chē)架構，賦能未來(lái)的軟件定義汽車(chē)。

恩智浦為汽車(chē)基礎設施平臺打造端到端解決方案

但什么是“實(shí)時(shí)處理”，它為什么如此重要？在計算領(lǐng)域，“實(shí)時(shí)”指在指定時(shí)間段內對事件做出響應。否則，應用可能無(wú)法正常工作且運行不安全。實(shí)時(shí)應用運行始終一致且可預測，因此它們是“確定性”的，并在規定的最長(cháng)時(shí)間內完成操作執行。為了滿(mǎn)足時(shí)序限制，處理器內核必須滿(mǎn)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(mǎn)足這些要求。Cortex-R52處理器內核還支持這些安全、實(shí)時(shí)應用所需的功能安全和虛擬機管理程序。

了解GreenBox 3開(kāi)發(fā)平臺支持各種實(shí)時(shí)應用的集成，為新汽車(chē)架構和軟件定義汽車(chē)賦能。

S32Z2和S32E2系列的初版樣品擁有8個(gè)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(dòng)時(shí)根據應用需求選擇不同的處理器內核配置。例如，支持4個(gè)鎖步對，其中兩個(gè)鎖步對有4個(gè)非鎖步處理器內核，或者所有8個(gè)處理器內核都在非鎖步模式下運行，可實(shí)現較高的靈活性。

未來(lái)，恩智浦將提供S32Z1系列的樣品，它具有4個(gè)Cortex-R52處理器內核，適用于需要比傳統汽車(chē)微控制器性能更高的應用，以實(shí)現實(shí)時(shí)應用集成，但性能略低于S32Z2系列。這樣，兩個(gè)引腳兼容和軟件兼容的處理器系列具有較高的可擴展性。實(shí)時(shí)處理器未來(lái)也將不斷擴展，具有更高的性能，將來(lái)會(huì )與5nm產(chǎn)品進(jìn)行集成，創(chuàng )建強大的軟件兼容性路線(xiàn)圖。恩智浦目前已經(jīng)擁有功能性5nm實(shí)時(shí)處理器測試芯片，是面向這些未來(lái)產(chǎn)品的第一款產(chǎn)品。

S32Z和S32E處理器的兼容性與可擴展性

S32Z處理器適用于安全處理、域控制和區域控制。該系列能夠集成各種安全和車(chē)輛控制應用，例如車(chē)輛動(dòng)力和底盤(pán)控制。軟件兼容的S32E處理器提供額外的復雜定時(shí)器和3.3V/5V模數轉換器及5V I/O，是電動(dòng)汽車(chē)（xEV）控制和智能驅動(dòng)應用的理想選擇。

S32Z和S32E處理器旨在滿(mǎn)足多租戶(hù)實(shí)時(shí)應用的需求，這些應用支持從以硬件為中心的方法（通過(guò)模塊或電子控制單元 （ECU） 添加新功能）向軟件定義方法（“虛擬 ECU”在單個(gè)多核實(shí)時(shí)處理器上作為軟件任務(wù)運行）轉變。車(chē)內有廣泛的汽車(chē)實(shí)時(shí)應用。它們可以集成在域架構和區域架構的各個(gè)部分，如下所示。

實(shí)時(shí)應用示例

目標是提供虛擬ECU之間的隔離，確保免受干擾，就如同它們是單獨的ECU，這需要S32Z和S32E處理器通過(guò)“內核到引腳”硬件虛擬化提供新的硬件隔離級別 。這種端到端虛擬化支持可確保每個(gè)虛擬ECU只能訪(fǎng)問(wèn)和控制特定的處理、外設、存儲器和 I/O，將這些虛擬ECU隔離開(kāi)，并支持對不影響其他虛擬ECU的故障做出單獨的響應。此外，硬件虛擬化支持與外部存儲器訪(fǎng)問(wèn)有關(guān)的已定義服務(wù)質(zhì)量水平。S32Z和S32E處理器已準備就緒，能夠支持新的軟件定義汽車(chē)要求。

S32Z / S32E多應用集成示例

下面示例說(shuō)明了S32Z和S32E處理器是如何支持虛擬ECU的，也展示了“片上EV”，即如何將多個(gè)ECU實(shí)時(shí)功能集成在S32E處理器上。

多ECU集成示例——推進(jìn)域控制器

與通常在300~400 MHz范圍內運行的競爭產(chǎn)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(yōu)勢。這使S32Z和S32E處理器能夠支持更復雜的實(shí)時(shí)應用和需要更高性能的更高級別軟件集成。S32Z和S32E處理器能夠為多達24個(gè)CAN 2.0和CAN FD接口進(jìn)行加速，具有較大的優(yōu)勢，可確定地、高效地處理大量的CAN流量，而無(wú)需中斷處理器內核。

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(lái)重要的數據，包括支持機器學(xué)習和用于汽車(chē)服務(wù)和數據共享的AUTOSAR ^?自適應平臺。這些優(yōu)勢既可以用于采用獨立S32Z和S32E處理器進(jìn)行的新設計，也可用于增強使用傳統汽車(chē)MCU的現有ECU的性能。S32Z和S32E處理器既支持新產(chǎn)品進(jìn)行可擴展，又能夠增強舊產(chǎn)品性能。

總而言之，恩智浦多功能S32Z和S32E處理器可滿(mǎn)足新車(chē)輛架構中整合各種實(shí)時(shí)汽車(chē)應用的關(guān)鍵需求。它們支持滿(mǎn)足“實(shí)時(shí)”需求的關(guān)鍵處理要求，能夠安全地隔離多個(gè)應用，并提供加速和擴展能力，以簡(jiǎn)化當今的軟件開(kāi)發(fā)需求，并制定了強大的軟件兼容設備路線(xiàn)圖，應對未來(lái)可能的需求。它們是S32汽車(chē)平臺的理想擴展，為未來(lái)的軟件定義汽車(chē)打造各種解決方案。

榮膺2022年國際嵌入式大會(huì )創(chuàng )新硬件獎

S32Z和S32E實(shí)時(shí)處理器被業(yè)界視為創(chuàng )新的硬件解決方案，廣受贊譽(yù)，并榮獲了2022年國際嵌入式大會(huì )創(chuàng )新硬件獎。

作者：

Brian Carlson

恩智浦連接與安全產(chǎn)品經(jīng)理

Brian Carlson專(zhuān)注于汽車(chē)網(wǎng)關(guān)和域控制器的安全汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )處理器。他在推動(dòng)領(lǐng)先的計算和通信產(chǎn)品發(fā)展方面擁有超過(guò)30年的經(jīng)驗，曾擔任過(guò)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)、產(chǎn)品管理和業(yè)務(wù)開(kāi)拓方面職務(wù)。他曾任MIPI聯(lián)盟董事會(huì )副主席，帶領(lǐng)移動(dòng)充電設備進(jìn)軍汽車(chē)和物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)市場(chǎng)。Brian擁有美國南衛理公會(huì )大學(xué)（Southern Methodist University）電氣工程碩士學(xué)位。