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汽車區(qū)域控制器的關(guān)鍵技術(shù)和MCU解決方案深度分析

發(fā)布時(shí)間:2022-10-20 來源:英飛凌 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】區(qū)域控制器是汽車中的節(jié)點(diǎn),在汽車的一個(gè)物理區(qū)域內(nèi),為各傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備提供電源分配,數(shù)據(jù)連接和I/O采集與驅(qū)動(dòng)需求。MCU是區(qū)域控制器的大腦,區(qū)域控制器中的MCU一般需要具備強(qiáng)大的處理能力,有很豐富的通訊接口,同時(shí)具備一定功能安全和信息安全等級。下面介紹區(qū)域控制器的一些關(guān)鍵技術(shù)和MCU解決方案。


汽車工業(yè)經(jīng)過百年發(fā)展,已經(jīng)進(jìn)入了有史以來最激動(dòng)人心的時(shí)刻,技術(shù)的進(jìn)步有望帶來無與倫比的安全性,更高的生產(chǎn)率和更好的環(huán)境利益。但具有自動(dòng)駕駛功能的純電動(dòng)汽車不可能在一夜之間成為主流或平價(jià)。OEM意識到,他們需要為當(dāng)下和未來的汽車建立正確的架構(gòu)基礎(chǔ)。區(qū)域控制器是整車EE架構(gòu)的重要部分。本文討論實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制器的關(guān)鍵技術(shù)以及MCU解決方案。——英飛凌汽車電子技術(shù)專家 張馳


區(qū)域控制器是汽車中的節(jié)點(diǎn),在汽車的一個(gè)物理區(qū)域內(nèi),為各傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備提供電源分配,數(shù)據(jù)連接和I/O采集與驅(qū)動(dòng)需求。MCU是區(qū)域控制器的大腦,區(qū)域控制器中的MCU一般需要具備強(qiáng)大的處理能力,有很豐富的通訊接口,同時(shí)具備一定功能安全和信息安全等級。下面介紹區(qū)域控制器的一些關(guān)鍵技術(shù)和MCU解決方案。


1 高算力多核處理器


圍繞區(qū)域控制器和中央計(jì)算單元的EE架構(gòu)車輛,會(huì)使車輛中的ECU的數(shù)量減少,但也增加了一些ECU的處理器負(fù)載,因?yàn)橛懈嗟墓δ懿渴鸬竭@些。在物理上,區(qū)域控制器是多個(gè)ECU的邏輯集中點(diǎn),這對于區(qū)域控制器中MCU的算力有了更高的需求。在傳統(tǒng)功能單一的ECU中往往使用性能較低的單核MCU即可滿足要求,而對于區(qū)域控制器,往往需要高性能的多核MCU才能滿足要求。在多核MCU中每個(gè)核可以跑一種單獨(dú)功能,多核即可實(shí)現(xiàn)多種功能,從而實(shí)現(xiàn)多種ECU功能的融合。


TC3xx微控制器是第2代AURIX?產(chǎn)品,搭載了多達(dá)六個(gè)TriCore? 1.62嵌入式內(nèi)核,每個(gè)內(nèi)核的時(shí)鐘頻率最高可達(dá)300MHz。下圖是TC3xx家族中的TC39x系列MCU模塊圖,TC39x的算力達(dá)到了4000 DMIPS。


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Figure 1: TC39x Block Diagram


TC4xx微控制器是第3代AURIX?產(chǎn)品,搭載了多達(dá)六個(gè)TriCore? 1.8嵌入式內(nèi)核,每個(gè)內(nèi)核的時(shí)鐘頻率最高可達(dá)500MHz,并且集成一個(gè)PPU協(xié)處理器,可實(shí)現(xiàn)快速向量運(yùn)算,基礎(chǔ)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及其它一些復(fù)雜數(shù)學(xué)算法。PPU在未來的區(qū)域控制器中可以被應(yīng)用于建模,模型預(yù)測控制以及防入侵檢測等一些信息安全算法中。下圖是TC4xx家族中的TC4Dx MCU的模塊圖,TC4Dx的算力達(dá)到了8000DMIPS+72GFlops*1。72GFlops是由PPU貢獻(xiàn)的。


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Figure 2: TC4Dx Block Diagram


*1. FLOPS是每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)。1GFLOPS = 每秒十億(=10^9)次的浮點(diǎn)運(yùn)算。以多層感知器(Multi-Layer Perception ,MLP)為例,在輸入層神經(jīng)元數(shù)量=14,隱藏層神經(jīng)元數(shù)量=20,輸出層神經(jīng)元數(shù)量=1的情況下,大約需要1.7GFLOPS的算力。


2 連接和互通


在區(qū)域控制器體系中,每個(gè)傳感器和執(zhí)行器都根據(jù)其位置連接到本地區(qū)域控制器,然后區(qū)域控制器執(zhí)行一些數(shù)據(jù)幀格式轉(zhuǎn)換,匯總數(shù)據(jù)并通過高速以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送至中央處理單元。區(qū)域控制器一般通過控制器CAN或LIN總線和掛載在它上面的傳感器和執(zhí)行器通信,或者通過低速以太網(wǎng)或LVDS與攝像頭或其他ADAS傳感器進(jìn)行通信。這就要求區(qū)域控制器的主控MCU有豐富的CAN和LIN的通訊接口以及高速以太網(wǎng)接口。在區(qū)域控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的過程中,還需要考慮通信延遲的問題,在中央集中式架構(gòu)中,大部分的控制和執(zhí)行命令是由中央處理單元發(fā)出,有些命令(例如底盤和動(dòng)力)對于延時(shí)有嚴(yán)格的要求,因此對于區(qū)域控制器中從高速以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)到CAN/LIN/低速以太網(wǎng)接口的延時(shí)時(shí)間也有了要求。


TC3xx/TC4xx家族產(chǎn)品都有豐富的CAN/LIN/Ethernet通訊接口。


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Figure 3: TC39x/TC4Dx CAN/LIN/Ethernet Channel


TC4xx產(chǎn)品中更是集成專用的硬件通訊路由模塊CRE (CAN Routine Engine)/DRE (Data Routine Engine)。TC4xx中的一個(gè)CAN模塊中集成了4個(gè)CAN 節(jié)點(diǎn),當(dāng)相同模塊中的CAN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí),可以通過CRE直接實(shí)現(xiàn)CAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),無需CPU和軟件介入。當(dāng)不同模塊中CAN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)或者CAN節(jié)點(diǎn)和以太網(wǎng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),則可以通過CRE+DRE的方式直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),也無需CPU和軟件介入。


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Figure 4: TC4xx CRE & DRE


這種硬件路由引擎直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的方式大大減少了數(shù)據(jù)延遲,CAN到Ethernet的轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)最少可以到15us,CAN到CAN的轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)最少可以到5us。


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Figure 5: TC4xx Communication Latency


在未來的中央集成EE架構(gòu)中,通訊數(shù)據(jù)量不斷增加,高速以太網(wǎng)逐漸成為EE架構(gòu)中的主干網(wǎng)。而為了考慮數(shù)據(jù)通信安全和冗余,以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)架構(gòu)逐漸成為主流,區(qū)域控制器和中央控制單元?jiǎng)t都是以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)架中的節(jié)點(diǎn)。TC4Dx中有2路5Gbps的高速以太網(wǎng)接口和4路10/100Mbps接口,2路高速以太網(wǎng)接入以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)(1進(jìn)1出),4路低速以太網(wǎng)則可以接雷達(dá)或者攝像頭傳感器。2路高速以太網(wǎng)可以通過內(nèi)部集成的高速以太網(wǎng)橋(G-Ethernet Bridge)直接進(jìn)行以太網(wǎng)幀轉(zhuǎn)發(fā)。4路低速以太網(wǎng)接口之間也可以通過低速以太網(wǎng)橋(L-Ethernet Bridge)直接進(jìn)行以太網(wǎng)幀轉(zhuǎn)發(fā)。低速以太網(wǎng)接口和高速以太網(wǎng)接口之間也可以通過低速以太網(wǎng)橋+DRE+高速以太網(wǎng)橋直接進(jìn)行以太網(wǎng)幀轉(zhuǎn)發(fā)。這種方式大大減少以太網(wǎng)接口之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)時(shí)間。


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Figure 6: TC4xx Ethernet Bridge


在中央處理單元和區(qū)域控制器為節(jié)點(diǎn)的以太網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)中,往往需要傳輸多種以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀,有些數(shù)據(jù)需要進(jìn)行確定性的傳輸(例如控制類數(shù)據(jù)),有些數(shù)據(jù)則會(huì)占用很大的帶寬(例如音視頻數(shù)據(jù),ADAS傳感器數(shù)據(jù)等),有些則是常規(guī)數(shù)據(jù)(例如對于傳輸延時(shí)沒有要求)。因此,在這個(gè)骨干網(wǎng)絡(luò)中,需要對于以太網(wǎng)幀進(jìn)行分類,對于控制類數(shù)據(jù)要保證在可控的延時(shí)時(shí)間內(nèi)可以發(fā)送出去,對于音視頻或者ADAS傳感器數(shù)據(jù)要保證在正常傳輸?shù)耐瑫r(shí)不能干擾網(wǎng)絡(luò)中其他以太網(wǎng)幀的傳輸,造成其他高優(yōu)先級以太網(wǎng)幀阻塞。


Ethernet TSN協(xié)議很好的解決了這個(gè)問題,其中IEEE802.1Qav實(shí)現(xiàn)了流量整形,優(yōu)先級劃分和隊(duì)列管理,很好的解決了數(shù)據(jù)沖突的問題,而在此基礎(chǔ)上形成的IEEE802.1Qbv實(shí)現(xiàn)了時(shí)間整形(Time-aware Shaper)機(jī)制,允許端口按照一定的時(shí)基來控制流量是否允許傳輸,傳輸?shù)拈_關(guān)通過傳輸門(Transmission Gate)和門控制表(Gate Control List,GLC)來控制。通過這種時(shí)隙劃分機(jī)制,隔離了時(shí)間敏感消息流和其他普通消息流,既能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)間敏感消息的確定性傳輸,使得消息到達(dá)時(shí)間可預(yù)測,又能避免普通消息的干擾,提高實(shí)時(shí)性。IEEE802.1AS則給以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)提供了時(shí)間同步的機(jī)制,IEEE802.1AS-rev在此基礎(chǔ)上又增加了主時(shí)鐘冗余和多時(shí)間域的概念。


TC3xx/TC4xx以太網(wǎng)控制器支持的AVB/TSN協(xié)議如下:


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Figure 7: TC3xx/TC4xx Ethernet TSN Support


*1) IEEE802.1 Qbv-prelim: 是指TC3xx的GETH的通道/隊(duì)列中支持一種slot功能。例如可以把一個(gè)同步周期分為3個(gè)slot, 然后配置3個(gè)隊(duì) 列,每個(gè)隊(duì)列占用一個(gè)slot,這樣就能實(shí)現(xiàn)3個(gè)隊(duì)列發(fā)送不同的以太網(wǎng)幀以及3個(gè)隊(duì)列發(fā)送的數(shù)據(jù)互不干擾。


3 互不干擾性


在面向區(qū)域的中央集中式架構(gòu)中,ECU的數(shù)量將大幅度減少,這一部分減少的ECU有一部分將并入?yún)^(qū)域控制器中,有些則會(huì)把控制功能往上傳至中央處理單元來實(shí)現(xiàn),而自身則轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)智能傳感器或者智能執(zhí)行器。在這個(gè)過程中,區(qū)域控制器會(huì)承載越來越多的功能,而各個(gè)功能獨(dú)立運(yùn)行和互不干擾至關(guān)重要。


●   按核劃分


目前多核MCU在汽車電子上得到了廣泛的應(yīng)用,可以每個(gè)核分配一個(gè)功能,這樣每個(gè)功能并行運(yùn)行,提高運(yùn)行效率,并且能保證互不干擾,當(dāng)然這個(gè)需要依賴Memory Protection Unit (MPU)。TC3xx/TC4xx有多達(dá)6個(gè)CPU內(nèi)核,且每個(gè)CPU都支持Memory Protection Unit (MPU)。以TC3xx為例,每個(gè)CPU內(nèi)核都6組保護(hù)設(shè)置,每組保護(hù)設(shè)置有18個(gè)數(shù)據(jù)保護(hù)區(qū),10個(gè)代碼保護(hù)區(qū)。當(dāng)配置代碼數(shù)據(jù)和代碼保護(hù)區(qū)后,其他CPU將無法訪問這些區(qū)域。另外考慮一個(gè)CPU中運(yùn)行操作系統(tǒng)的情況,當(dāng)有多個(gè)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行時(shí),可以給每個(gè)任務(wù)分配一組保護(hù)設(shè)置,這樣可以做到任務(wù)之間數(shù)據(jù)和代碼的隔離。


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Figure 8: TC3xx/TC4xx MPU


另外區(qū)域控制器中的各項(xiàng)功能也會(huì)使用不同的MCU外設(shè)通道,也需要對外設(shè)進(jìn)行很好的隔離。在TC3xx/TC4xx中每個(gè)外設(shè)通道都有訪問保護(hù)(Access Protection),其實(shí)現(xiàn)的原理是給每個(gè)SRI總線master分配一個(gè)master tag ID, 每個(gè)外設(shè)通道都可以設(shè)置允許哪些master可以訪問該通道。通過這些方式可以把不同的外設(shè)分配給不同的內(nèi)核進(jìn)行訪問,從而保證其他內(nèi)核不會(huì)非法去控制不是屬于該內(nèi)核的資源。


●   虛擬化技術(shù)


中央集中式的架構(gòu)對于研發(fā)團(tuán)隊(duì)的組織架構(gòu)影響也是巨大的,在未來的區(qū)域控制器中可能整合了多種ECU功能,而原來開發(fā)這些功能的研發(fā)人員可能來自不同的團(tuán)隊(duì),那么就會(huì)面臨幾個(gè)問題:


- 如何協(xié)調(diào)這些研發(fā)人員開發(fā)區(qū)域控制器?需要考慮這些研發(fā)人員以前使用的開發(fā)環(huán)境(如操作系統(tǒng),編譯器,調(diào)試器等)可能是不一樣的。

- 如何重用以往項(xiàng)目中的軟件?

- 如何讓這些研發(fā)人員同步開發(fā)而且相互之間沒有干擾?


舉一個(gè)例子(不一定符合實(shí)際情況),現(xiàn)在要開發(fā)一個(gè)區(qū)域控制器(放在左車身域),這個(gè)區(qū)域控制器至少要實(shí)現(xiàn)左邊車身域的I/O控制和檢測(類似以前的BCM功能),作為車身的一個(gè)網(wǎng)關(guān)(Gateway),還要作為左車身域配電中心(Power Distribution),最后可能還要考慮能夠?qū)τ趻燧d在它上面的各個(gè)ECU進(jìn)行固件升級(OTA)。假設(shè)原來BCM和網(wǎng)關(guān)的軟件是不同兩個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā),他們用的OS也是不一樣的,現(xiàn)在想重用以前的BCM和Gateway的軟件,然后重新開發(fā)左車身域配電中心和對各個(gè)ECU進(jìn)行固件升級的功能。那么如何才能高效的完成這個(gè)項(xiàng)目?


虛擬機(jī)(VM, Virtual Machine)完美地解決了這些問題。虛擬機(jī)是一種通過模擬物理機(jī)來封裝和執(zhí)行其他軟件的軟件。被執(zhí)行的軟件可以是一個(gè)單一的程序,也可以是一個(gè)完整的操作系統(tǒng),按照通常的方式執(zhí)行任務(wù)。Hypervisor是一個(gè)中間軟件層,用于在虛擬機(jī)之間劃分處理、內(nèi)存和通信資源,并將同時(shí)運(yùn)行的虛擬機(jī)調(diào)度和遷移到不同的資源上。虛擬化的一個(gè)主要用途是整合需要不同操作系統(tǒng),以及相同操作系統(tǒng)的不同版本的ECU功能。


從微觀上來講,每個(gè)CPU內(nèi)核支持多個(gè)vm(例如vm0~vm7),各個(gè)虛擬機(jī)之間實(shí)際上是對CPU進(jìn)行分時(shí)復(fù)用,每個(gè)虛擬機(jī)之間可以用Level 2的MPU進(jìn)行數(shù)據(jù)和代碼的隔離。從宏觀上來講,每個(gè)功能可以由一個(gè)VM來實(shí)現(xiàn),而每個(gè)VM實(shí)際都對應(yīng)一個(gè)或者多個(gè)CPUx.vmy。


以上述區(qū)域控制器為例,BCM功能用VM1來實(shí)現(xiàn) (假設(shè)原來是用一個(gè)三核MCU做的),Gateway功能用VM2來做(假設(shè)原來也是用一個(gè)三核MCU做的),VM3則實(shí)現(xiàn)區(qū)域配電功能,VM4實(shí)現(xiàn)OTA功能。VM1實(shí)際會(huì)包含cpu0.vm1, cpu1, vm1, cpu2.vm1,而VM2實(shí)際會(huì)包含cpu0.vm2, cpu1.vm2, cpu2.vm2, VM3用CPU3.VM1,VM4用CPU3.vm2。這樣,VM1和VM2依然還是可以重用以前的軟件(盡管以前用的是老版本的AUTOSAR軟件和操作系統(tǒng)),而新開發(fā)的功能VM3和VM4則可以用新的AUTOSAR版本。這些虛擬機(jī)之間用Hypervisor進(jìn)行管理和調(diào)用,實(shí)際上每個(gè)CPU的vm0就是運(yùn)行在Hypervisor模式,用于調(diào)度每個(gè)CPU的虛擬機(jī),而所有CPU的vm0集合就是宏觀上所說的Hypervisor模式。


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Figure 9: Hypervisor Example


除此之外,各個(gè)外設(shè)通道也可以設(shè)置各自的訪問保護(hù)(Access Protection),每個(gè)外設(shè)通道都可以設(shè)置允許哪些VM可以訪問該通道,從而做到VM之間的資源訪問隔離。


TC4xx MCU所使用的是TC1.8 TriCore?內(nèi)核,支持虛擬機(jī)。每個(gè)內(nèi)核支持8個(gè)VM (VM0~VM7),它支持3套獨(dú)立CPU內(nèi)核寄存器,VM0和VM1各獨(dú)占1套,VM2~VM7共享另外1套內(nèi)核寄存器,因此從VM0或者VM1到其他VM可以快速切換。


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Figure 10: Hypervisor Example


4 OTA


中央集中式的架構(gòu)會(huì)使硬件平臺(tái)變得統(tǒng)一化,包含控制器,傳感器,執(zhí)行器和各種接口,不同功能的實(shí)現(xiàn)全由運(yùn)行在各種硬件平臺(tái)上軟件進(jìn)行區(qū)分,從而真正實(shí)現(xiàn)“軟件定義汽車”。未來的區(qū)域控制器是車上某個(gè)區(qū)域的樞紐,它需要能夠?qū)燧d在它上面各種ECU,傳感器,執(zhí)行器的軟件進(jìn)行更新,除此之外它還需要能夠?qū)ψ陨淼能浖M(jìn)行更新。


TC3xx/TC4xx MCU都可以實(shí)現(xiàn)無感OTA,即TC3xx/TC4xx MCU有兩個(gè)獨(dú)立Bank的Flash, 當(dāng)程序運(yùn)行在其中一個(gè)Bank的Flash時(shí),可以把更新的程序?qū)懭肓硗庖粋€(gè)Bank,在這個(gè)寫入過程中,自身的程序的運(yùn)行不會(huì)受到影響。


另外TC3xx/TC4xx MCU可以支持EMMC接口,最高訪問速度可達(dá)400Mbps,可以把其他ECU或者傳感器的更新固件放在外接的EMMC存儲(chǔ)器中,等到合適的時(shí)機(jī),再對其他ECU或者傳感器進(jìn)行程序升級。


5 功能安全


隨著車輛功能的復(fù)雜性增加,由于EE系統(tǒng)的故障而導(dǎo)致的不安全行為的可能性大大增加。這迫使OEM廠商嚴(yán)格按照安全標(biāo)準(zhǔn)來開發(fā)車輛。目前,汽車EE架構(gòu)事實(shí)上的功能安全標(biāo)準(zhǔn)是ISO26262。


TC2xx/TC3xx/TC4xx都可以達(dá)到ISO26262 ASIL D的功能安全等級。英飛凌的質(zhì)量管理體系秉承“零缺陷”的文化理念,在研發(fā)AURIX? MCU產(chǎn)品過程中擁有一支專業(yè)的功能安全開發(fā)和管理團(tuán)隊(duì),參與MCU設(shè)計(jì),開發(fā)和驗(yàn)證中的各個(gè)流程。英飛凌不僅可以提供ASIL D功能安全等級的MCU產(chǎn)品,同時(shí)還可以提供完整的功能安全文檔(如安全手冊,F(xiàn)MEDA表格等)以及安全軟件庫 (Safety Library)。


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Figure 11: AURIX? Safety Cornerstones


TC3xx系列MCU是全球第一個(gè)獲得ISO26262-2018證書的MCU產(chǎn)品。


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Figure 12: TC3xx ISO26262-2018 Certification


6 信息安全


網(wǎng)聯(lián)化是實(shí)現(xiàn)未來中央集中式EE架構(gòu)的基礎(chǔ),萬物互聯(lián)給用戶帶來便利的同時(shí),也同時(shí)會(huì)給傳統(tǒng)汽車帶來安全隱患。在中央集中式EE架構(gòu)以以太網(wǎng)作為骨干網(wǎng)絡(luò),中央處理單元和區(qū)域控制器通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信,區(qū)域控制器則通過CAN/LIN總線和子ECU,傳感器以及執(zhí)行器通信。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中,任何一個(gè)ECU/傳感器/執(zhí)行器都可以用OTA進(jìn)行升級,在這個(gè)過程中,如果升級的固件在傳輸?shù)倪^程中被黑客非法篡改,那么將會(huì)帶來嚴(yán)重的后果。這個(gè)就要求區(qū)域控制器可以支持加密傳輸,簽名,驗(yàn)簽,安全啟動(dòng)等功能。


TC3xx MCU內(nèi)部的Full EVITA HSM模塊,包含ARM Cotex-M3的處理器,AES加速引擎, PKC模塊和Hash模塊。AES加速引擎支持AES128算法(對稱加密算法),PKC支持ECC256(非對稱加密算法),SHA256,和真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器。


1664191914437256.pngFigure 13: TC3xx HSM


另外我們的第三方合作伙伴也可以提供符合AUTOSAR規(guī)范的HSM商用軟件。


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Figure 14: TC3xx HSM Software


TC4xx MCU會(huì)使用全新的Cyber security realtime module (CSRM)作為可信硬件環(huán)境,其中包含最高500MHz Tricore 1.8內(nèi)核,PKC模塊,TRNG和CSS模塊,其性能比TC3xx HSM提升5~15倍,更重要的是TC4xx MCU CSRM不僅支持EVITA Full, 而且兼容ISO21434規(guī)范。另外TC4xx CSRM除了支持原來TC3xx HSM中的算法之外,還支持SM2/3/4國密算法。


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Figure 15: TC4xx CSRM


7 低功耗


隨著電子化程度的推進(jìn),高功率及高算力芯片使用率的提升,整車負(fù)載的用電需求量也在不斷提高。功耗問題處理不好,尤其對新能源車來說,會(huì)直接影響其續(xù)航里程、成本和客戶體驗(yàn)。如何一方面滿足功能需求,同時(shí)將功耗降到最低,除了系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的優(yōu)化外,在元器件選型時(shí)也要關(guān)注不同模式下的功耗指標(biāo)。


TC3xx/TC4xx MCU把供電域分為主供電域(Power-On Domain)和休眠域兩部分(Standby Domain)。主供電域由Vext提供電源,休眠域由Vevrsb提供電源,Vext和Vevrsb可以接在一起,也可以分成兩個(gè)獨(dú)立電源供電。當(dāng)MCU進(jìn)入休眠模式后,主供電域關(guān)閉,休眠域持續(xù)工作。在休眠域中有一個(gè)休眠控制器(SCR, Standby Controller),它主要以8位的8051內(nèi)核構(gòu)成,也可以進(jìn)行編程,這樣就極大得提高了在休眠模式下對于喚醒模式設(shè)置的靈活性。下表是SCR的基本資源和休眠模式功耗情況:


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Figure 16: SCR/Standby Current


8 延續(xù)性考慮


在OEM或者Tier-1進(jìn)行區(qū)域控制器主控MCU選型時(shí)除了產(chǎn)品本身符合應(yīng)用需求之外,一般還需要考慮研發(fā)時(shí)間和成本。MCU是ECU中最復(fù)雜的半導(dǎo)體器件,研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要花很長時(shí)間才能熟悉一個(gè)MCU平臺(tái)。目前TC3xx MCU產(chǎn)品已經(jīng)在國內(nèi)多家OEM的區(qū)域控制器中得到廣泛的應(yīng)用,這類區(qū)域控制器目前主要還是負(fù)責(zé)車身部分的控制。TC4xx MCU對于TC3xx MCU有很好的兼容性考慮,主要有下面因素:

 

●   開發(fā)速度:


TC3xx是基于TC1.6.2內(nèi)核,而TC4xx是基于TC1.8內(nèi)核,TC1.8兼容TC1.6.2。TC4xx的開發(fā)環(huán)境和TC3xx完全一樣(編譯器,調(diào)試器等),如果研發(fā)工程師已經(jīng)熟悉TC3xx開發(fā)環(huán)境,那么對于TC4xx可以迅速上手。


●   軟硬件兼容:


TC4xx和TC3xx大部分外設(shè)資源都保持一致,引腳分配也保持很大部分的兼容性。因此,硬件工程師可以沿用大部分之前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),軟件工程師可以沿用各個(gè)外設(shè)模塊的理解,無需再學(xué)習(xí)一遍。對于相同部分的外設(shè)資源,MCAL部分的配置也是保持不變的。


●   安全概念:


TC4xx沿用了大部分TC3xx的安全概念,例如CPU鎖步,F(xiàn)lash/RAM ECC保護(hù),電源和時(shí)鐘檢測等。因此,對于功能安全開發(fā)部分,如果之前是基于TC3xx MCU進(jìn)行開發(fā)的,TC4xx也可以沿用大部分的功能安全開發(fā)和設(shè)計(jì)理念。


●   可靠性:


TriCore?內(nèi)核推出至今已經(jīng)有20年以上的時(shí)間,被多家OEM廣泛使用。TC3xx/TC4xx MCU中的很多外設(shè)模塊也是很老的IP模塊,經(jīng)過20多年的迭代和更新,目前已經(jīng)變得非常穩(wěn)定和可靠。


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Figure 17: TC3xx to TC4xx Synergies


參考文獻(xiàn)


兩萬字解讀從分散到集中式汽車E/E架構(gòu)動(dòng)機(jī)與挑戰(zhàn)


區(qū)域控制器在新架構(gòu)中的作用有哪些


下一代整車級架構(gòu)解決方案——區(qū)域控制器



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