使用實(shí)時(shí)處理器擴(kuò)展恩智浦S32汽車平臺(tái)的意義

恩智浦S32汽車平臺(tái)推新，新增了具備安全MCU確定行為特性的全新類別實(shí)時(shí)處理器，提供出色的千兆級(jí)主頻、多應(yīng)用隔離支持和存儲(chǔ)器擴(kuò)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提供跨域功能的安全集成。

S32平臺(tái)的擴(kuò)展意義重大，允許恩智浦客戶在其新的汽車架構(gòu)中利用該平臺(tái)的共性和優(yōu)勢(shì)，如Arm^? Cortex^?處理器內(nèi)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(yīng)用的處理器系列。S32G汽車網(wǎng)絡(luò)處理器適用于汽車計(jì)算和服務(wù)型網(wǎng)關(guān)S32K通用微控制器適用于車身域應(yīng)用和區(qū)域應(yīng)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(qū)域控制應(yīng)用。這些器件共同支持客戶多樣化的端到端域和區(qū)域汽車架構(gòu)，賦能未來(lái)的軟件定義汽車。

恩智浦為汽車基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)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(jì)算領(lǐng)域，“實(shí)時(shí)”指在指定時(shí)間段內(nèi)對(duì)事件做出響應(yīng)。否則，應(yīng)用可能無(wú)法正常工作且運(yùn)行不安全。實(shí)時(shí)應(yīng)用運(yùn)行始終一致且可預(yù)測(cè)，因此它們是“確定性”的，并在規(guī)定的最長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)完成操作執(zhí)行。為了滿足時(shí)序限制，處理器內(nèi)核必須滿足性能要求，提供快速中斷響應(yīng)并提供確定執(zhí)行，S32Z和S32E系列處理器中使用的Arm Cortex-R52處理器內(nèi)核能夠滿足這些要求。Cortex-R52處理器內(nèi)核還支持這些安全、實(shí)時(shí)應(yīng)用所需的功能安全和虛擬機(jī)管理程序。

了解GreenBox 3開(kāi)發(fā)平臺(tái)支持各種實(shí)時(shí)應(yīng)用的集成，為新汽車架構(gòu)和軟件定義汽車賦能。

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(nèi)核，工作頻率高達(dá)1 GHz。借助可分鎖步功能，可以在啟動(dòng)時(shí)根據(jù)應(yīng)用需求選擇不同的處理器內(nèi)核配置。例如，支持4個(gè)鎖步對(duì)，其中兩個(gè)鎖步對(duì)有4個(gè)非鎖步處理器內(nèi)核，或者所有8個(gè)處理器內(nèi)核都在非鎖步模式下運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)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(nèi)核，適用于需要比傳統(tǒng)汽車微控制器性能更高的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)應(yīng)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(kuò)展性。實(shí)時(shí)處理器未來(lái)也將不斷擴(kuò)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(qiáng)大的軟件兼容性路線圖。恩智浦目前已經(jīng)擁有功能性5nm實(shí)時(shí)處理器測(cè)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(kuò)展性

S32Z處理器適用于安全處理、域控制和區(qū)域控制。該系列能夠集成各種安全和車輛控制應(yīng)用，例如車輛動(dòng)力和底盤控制。軟件兼容的S32E處理器提供額外的復(fù)雜定時(shí)器和3.3V/5V模數(shù)轉(zhuǎn)換器及5V I/O，是電動(dòng)汽車（xEV）控制和智能驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的理想選擇。

S32Z和S32E處理器旨在滿足多租戶實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求，這些應(yīng)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(yùn)行）轉(zhuǎn)變。車內(nèi)有廣泛的汽車實(shí)時(shí)應(yīng)用。它們可以集成在域架構(gòu)和區(qū)域架構(gòu)的各個(gè)部分，如下所示。

實(shí)時(shí)應(yīng)用示例

目標(biāo)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(dú)的ECU，這需要S32Z和S32E處理器通過(guò)“內(nèi)核到引腳”硬件虛擬化提供新的硬件隔離級(jí)別 。這種端到端虛擬化支持可確保每個(gè)虛擬ECU只能訪問(wèn)和控制特定的處理、外設(shè)、存儲(chǔ)器和 I/O，將這些虛擬ECU隔離開(kāi)，并支持對(duì)不影響其他虛擬ECU的故障做出單獨(dú)的響應(yīng)。此外，硬件虛擬化支持與外部存儲(chǔ)器訪問(wèn)有關(guān)的已定義服務(wù)質(zhì)量水平。S32Z和S32E處理器已準(zhǔn)備就緒，能夠支持新的軟件定義汽車要求。

S32Z / S32E多應(yīng)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(nèi)運(yùn)行的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品28nm安全微控制器相比，16nm S32Z和S32E處理器的速度高達(dá)1 GHz，具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這使S32Z和S32E處理器能夠支持更復(fù)雜的實(shí)時(shí)應(yīng)用和需要更高性能的更高級(jí)別軟件集成。S32Z和S32E處理器能夠?yàn)槎噙_(dá)24個(gè)CAN 2.0和CAN FD接口進(jìn)行加速，具有較大的優(yōu)勢(shì)，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(nèi)核。

使用LPDDR4 DRAM 和Flash存儲(chǔ)器擴(kuò)展存儲(chǔ)器，還支持更大的應(yīng)用和未來(lái)重要的數(shù)據(jù)，包括支持機(jī)器學(xué)習(xí)和用于汽車服務(wù)和數(shù)據(jù)共享的AUTOSAR ^?自適應(yīng)平臺(tái)。這些優(yōu)勢(shì)既可以用于采用獨(dú)立S32Z和S32E處理器進(jìn)行的新設(shè)計(jì)，也可用于增強(qiáng)使用傳統(tǒng)汽車MCU的現(xiàn)有ECU的性能。S32Z和S32E處理器既支持新產(chǎn)品進(jìn)行可擴(kuò)展，又能夠增強(qiáng)舊產(chǎn)品性能。

總而言之，恩智浦多功能S32Z和S32E處理器可滿足新車輛架構(gòu)中整合各種實(shí)時(shí)汽車應(yīng)用的關(guān)鍵需求。它們支持滿足“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(yīng)用，并提供加速和擴(kuò)展能力，以簡(jiǎn)化當(dāng)今的軟件開(kāi)發(fā)需求，并制定了強(qiáng)大的軟件兼容設(shè)備路線圖，應(yīng)對(duì)未來(lái)可能的需求。它們是S32汽車平臺(tái)的理想擴(kuò)展，為未來(lái)的軟件定義汽車打造各種解決方案。

榮膺2022年國(guó)際嵌入式大會(huì)創(chuàng)新硬件獎(jiǎng)

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(guó)際嵌入式大會(huì)創(chuàng)新硬件獎(jiǎng)。

作者：

Brian Carlson

恩智浦連接與安全產(chǎn)品經(jīng)理

Brian Carlson專注于汽車網(wǎng)關(guān)和域控制器的安全汽車網(wǎng)絡(luò)處理器。他在推動(dòng)領(lǐng)先的計(jì)算和通信產(chǎn)品發(fā)展方面擁有超過(guò)30年的經(jīng)驗(yàn)，曾擔(dān)任過(guò)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、技術(shù)營(yíng)銷、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(shè)備進(jìn)軍汽車和物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)市場(chǎng)。Brian擁有美國(guó)南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)（Southern Methodist University）電氣工程碩士學(xué)位。