在智能汽车的演进浪潮中,各大汽车厂商都开始重视汽车行业向域架构和区域架构演进的趋势,它可以优化线束连接、降低成本和整体重量,同时可以通过可扩展性更高、成本更低、且以软件为中心的方案,推动汽车的智能化升级。

 

不过这一巨大转变需要能够提供更高性能、应用间隔离和存储器扩展功能的新型处理器,从而支持软件定义汽车的趋势和未来创新的需求。因此,能满足上述需求的全新的实时处理器成为产业发展所需。

 

恩智浦推出全新实时处理器

 

日前,恩智浦半导体(NXP Semiconductors)宣布推出两个新的处理器系列S32Z和S32E,利用安全的高性能实时处理能力,继续扩展恩智浦S32创新汽车平台的优势。S32Z和S32E两大处理器系列可以帮助汽车行业加快集成多种实时应用,实现域控制、区域控制、安全处理和电气化,这些功能对于打造下一代安全高效的汽车至关重要。

 

其中,S32Z处理器适合用于安全处理、域控制和区域控制,而S32E处理器适合用于电动汽车(xEV)控制和智能驱动。S32Z和S32E处理器软件兼容,有助于实现软件定义汽车,降低软件集成复杂度,并增强安全性。 

 

恩智浦资深副总裁兼汽车控制和网络解决方案总经理Ray Cornyn认为,新推出的S32Z 和 S32E系列处理器巩固了恩智浦在安全高性能实时处理方面的领先地位,完善了S32汽车处理器产品组合,以支持客户实现多样化端到端域控制和区域汽车架构。


为什么需要“实时处理”?

 

什么是“实时处理”,它为什么如此重要?

 

在计算领域,“实时”指在指定时间段内对事件做出响应,否则应用可能无法正常工作且运行不安全。实时应用运行始终一致且可预测,因此它们是“确定性”的,并在规定的最长时间内完成操作执行。

 

汽车中的“实时应用”是指与车辆的动力控制以及驾乘人员舒适性有关的一些应用,包括制动系统、转向系统、电子稳定控制、牵引电机控制,以及电动汽车有关的一些电源转化、车载充电等,这些应用都需要建立在实时、安全控制的基础上。

 


 
实时应用示例

 

Ray Cornyn指出,恩智浦最新推出的S32Z和S32E实时处理器,旨在满足电子电气架构演进对处理器芯片提出的新要求。过去20年来,汽车传统架构一般都是单一功能的ECU来连接,整个汽车的布线就如同“碗里的意大利面”一样复杂和混乱,小型车辆大概有20-30个ECU,大型车辆则有超过100个ECU。近年来,汽车电子电气架构发生了向域和区域化转型的趋势。在域方面,主要是对软件进行了整合升级,使得部分ECU的功能都能集成到一个核心的域ECU上;区域化则更多考虑相邻位置的ECU功能的合并,简化了线束连接。

 

恩智浦S32系列芯片为ECU提供了基础设施平台,它们关乎车辆行驶和运行的方方面面,包括车辆的运动、驾乘人员的舒适度、安全性,以及车辆整体的功能性。恩智浦之前已经发布了用于车身域应用和区域应用的S32K、用于汽车计算和服务型网关的S32G,新产品S32Z和S32E在应用方面主要是负责车辆的动力学控制等安全实时类的应用,这些器件共同支持了客户多样化的端到端域和区域汽车架构,赋能未来的软件定义汽车。


 
恩智浦为汽车基础设施平台打造端到端解决方案


两大差异化亮点

 

恩智浦 S32Z 和 S32E 处理器的功能比现有汽车微控制器更全面。新型处理器系列拥有 8 个带可分锁步支持特性的Arm Cortex-R52处理器内核,工作频率达1 GHz,可应对安全集成确定性高性能实时应用的挑战。通过“内核到引脚”硬件虚拟化和资源防火墙,处理器对独立的实时应用进行隔离,确保免受干扰。

 

处理器提供64 MB的集成Flash存储器,以实现零停机时间的大规模无线远程(OTA)升级,并且对于大型应用和 AUTOSAR自适应应用,支持LPDDR4 DRAM和就地执行(XiP)模式的Flash扩展存储器。支持 24个CAN接口的通信加速器(FlexLLCE)与支持时间敏感网络(TSN)的千兆以太网交换机为“虚拟ECU”无缝提供汽车数据,从而提高效率,简化软件开发。硬件安全引擎(HSE)支持安全启动、加速安全服务和密钥管理。S32Z和S32E处理器通过ISO/SAE 21434网络安全认证以及ISO 26262 ASIL D功能安全认证。 

 

支持虚拟ECU

 

为什么要支持虚拟ECU?具体是如何实现的?

 

Ray Cornyn介绍,端到端虚拟化支持可确保每个虚拟ECU只能访问和控制特定的处理、外设、存储器和 I/O,将这些虚拟ECU隔离开,并支持对不影响其他虚拟ECU的故障做出单独的响应。此外,硬件虚拟化支持与外部存储器访问有关的已定义服务质量水平。实现虚拟ECU之间的隔离,可确保免受干扰,就如同它们是单独的ECU,这就需要S32Z和S32E处理器通过“内核到引脚”硬件虚拟化提供新的硬件隔离级别。

 

所谓“内核到引脚”硬件虚拟化,即每一个应用在虚拟处理器上运行时都能够指定一组硬件资源集合,这样其他的应用就没有办法“盗取”它的资源,通过这样的设计保障使各个功能独立地运行。

 

采用“多租户架构”

 

“多租户架构”也是S32Z和S32E实时处理器的独特之处。传统混合动力汽车的集成控制,多个电子电气部件通过串行通信接口连接,且每个单元都与独立的MCU相关联;而S32Z和S32E通过统一软件平台对这些功能进行了集成,这意味着多个独立的应用能够在同一处理器芯片中同时运行,NXP把这些应用的硬件资源叫做“租户”,对应的架构被称作“多租户架构”。如此一来,ECU盒演变为虚拟ECU任务,多租户与硬件实现了隔离,确保免受干扰。

 

 
多ECU集成示例——推进域控制器

 

据恩智浦半导体产品和解决方案全球营销总监Brian Carlson介绍,多租户的概念起源于云计算领域,本质是对硬件的租用。S32Z和S32E在硬件隔离方面也是异曲同工,因为有硬件虚拟化的隔离机制,这样处理器从内核到引脚都可以实现虚拟化,即内存、外设、I/O包括通信的CAN、以太网接口等都可以实现完全虚拟化。

 

恩智浦半导体大中华区资深市场经理余辰杰补充,多租户概念允许在一个芯片上运行多个一级供应商的应用,相互之间透明而互不干扰,且这些应用可以通过OTA刷新。S32G在车辆网络方面已经实现了多租户服务或服务导向的架构,S32E和S32Z在支持多租户方面也能够做到这一点,这将是未来的发展趋势。

 

综上,S32Z和S32E处理器可满足多租户实时应用的需求,这些应用支持从以硬件为中心的方法(通过ECU添加新功能)向软件定义方法(“虚拟 ECU”在单个多核实时处理器上作为软件任务运行)转变。


重视高性能微处理器的持续迭代

 

工艺方面,目前S32Z和S32E是16纳米的可扩展系列,后续规划是升级到5纳米制程,使得全球OEM和一级供应商可以通过S32Z和S32E处理器实现多样化的实时集成,并且得到良好的生态系统的支持。

 

Ray Cornyn表示,“汽车架构在不断地向域和区域化演进,在这个背景下,恩智浦推出了S32Z和S32E实时处理器,进一步提升跨域处理器的性能。我们十分重视高性能微处理器产品的迭代,期待能够重新定义实时处理性能。”