軟件定義汽車，區(qū)域架構升級需要新一代的實時處理器

汽車正在從硬件定義向軟件定義轉變，區(qū)域架構轉換也正在進行中。雖然尚沒有非常統(tǒng)一的區(qū)域設計范式，但大趨勢是一致的：更多的功能性的集成，出現(xiàn)幾個高層的處理中心，但同時低端的邊緣節(jié)點的數(shù)量也會增加。

伴隨著這種趨勢的發(fā)生，傳統(tǒng)域控處理器已經(jīng)不能滿足當下需求。恩智浦于近日發(fā)布了新的實時處理器S32E和S32Z產(chǎn)品系列，通過更高性能、更高集成度、更高的可靠性和完整的硬件虛擬化，定義了新一代車用實時性處理器的標桿，助力軟件定義汽車發(fā)展。

汽車新EE架構：軟件定義帶來汽車域控升級

在過去20年來汽車的傳統(tǒng)架構一般都是由單一功能的ECU來進行連接，但隨著汽車上功能的復雜化，愈來愈多的單一功能的ECU導致整個汽車內的布線變得像意大利面一樣復雜和混亂。一輛小型汽車中大概會有20～30個ECU，而高端的大型車輛中則會超過100個。

隨著越來越多的電動汽車、自動駕駛的普及，這對于汽車的架構提出了新的要求。汽車電子電氣架構發(fā)生了向域和區(qū)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(qū)域化則更多考慮相鄰位置的ECU功能的合并，簡化了線束連接。

在之前的硬件定義汽車的時代，很多ECU都有不同的處理器，相互之間的協(xié)調并不順暢，也很難進行實時OTA。恩智浦半導體產(chǎn)品和解決方案全球營銷總監(jiān)Brain Carlson表示，新的架構需要在汽車的整個生命周期中不斷地進行升級，而且要允許車輛和云進行互動，通過這樣的方式能夠更好地對車輛進行技術的升級和軟硬件的重新部署。這是未來汽車的根本性要求，也是OEM廠商在未來成功的關鍵。

雖然現(xiàn)在全球汽車制造商都在朝著不同版本的域和區(qū)域控制來發(fā)展，尚沒有標準化的架構規(guī)范。但可以看到幾乎全球的汽車制造商都在通過集成軟件從而達到簡化網(wǎng)絡的目的。恩智浦半導體資深副總裁，汽車控制及網(wǎng)絡解決方案產(chǎn)品線總經(jīng)理Ray Cornyn表示，不同的軟件來自不同的供應商，如何集成這些軟件成為了挑戰(zhàn)。關于軟件定義汽車的概念，并不僅僅局限于信息娛樂系統(tǒng)，而是將會覆蓋很多涉及到功能安全性和實時性要求極高的應用，所以需要新的架構，才能夠符合未來汽車所需的性能。

在這樣的背景下，恩智浦最新發(fā)布的S32Z和S32E，在高度集成的環(huán)境下實現(xiàn)實時控制，助力新一代軟件定義汽車。

S32Z和S32E：新一代汽車實時域控處理器

恩智浦的S32系列芯片為汽車ECU提供了基礎設施平臺，關乎車輛行駛和運行的方方面面，包括車輛的運動、駕乘人員的舒適度、安全性，以及車輛整體的功能性。之前推出的S32K主要針對車身與舒適系統(tǒng)；S32G是網(wǎng)絡處理器系列，針對汽車網(wǎng)絡；而此次最新推出的S32Z和S32E為汽車實時處理器，主要針對車輛的動力學控制等安全實時類的應用。

S32Z和S32E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，可以多核互不干擾執(zhí)行多任務實時處理，功能安全等級達到了ASIL-D，是軟件定義汽車，跨域功能集成的理想選擇。面向的具體應用包括制動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、電子穩(wěn)定控制、牽引電機控制，以及電動汽車有關的一些電源轉化、車載充電等等；這些應用都需要建立在實時、安全控制的基礎上。

據(jù)悉，最先推出的S32Z2和S32E2均采用16nm工藝，包括8個Arm Cortex-R52內核、Cortex-M33、集成的Flash、LPDDR存儲器，以及人工智能和機器學習的處理器。功能上既可以使用鎖步核，也可以解鎖，因此可以實現(xiàn)應用在8個處理器中的平行運行，也可以在兩對鎖步核和四個ASIL-B的解鎖核上來處理。Ray Cornyn特別提到，關于S32E2，現(xiàn)在很多的客戶都希望能把驅動功能也集成到器件當中，之前有一些做法是在邊緣側或區(qū)域控制器端的實現(xiàn)驅動功能，但同時也有客戶希望能夠把驅動功能融合到域控制器的主處理器當中。恩智浦的S32E就能滿足這方面的需求，它在功能方面非常地強大，可以幫助客戶實現(xiàn)這樣的集成。在功能性、內核、和軟件兼容方面，S32Z2和S32E2是統(tǒng)一的。作為車載處理器，S32Z和S32E可以和其他傳統(tǒng)的控制器通過以太網(wǎng)和傳統(tǒng)的CAN接口連接，恩智浦還和博世聯(lián)合開發(fā)了CAN-XL接口來支持更多樣化的連接。

【多租戶架構：支持完整的硬件虛擬化】

S32Z和S32E的一大特色是其完整的硬件虛擬化的功能，從內核、內存、外設、到I/O口（CAN、以太網(wǎng)）都可以實現(xiàn)完全的虛擬化。通過內部硬件虛擬化隔離機制，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。

如上圖所示，左邊是傳統(tǒng)的混合動力汽車的集成控制，需要控制很多的電子電氣部件：包括電機、傳統(tǒng)的引擎等等。每一個MCU都是獨立運行的，多個MCU相互之間通過一些串行通信接口連接。右邊是通過S32Z和S32E平臺運行虛擬ECU，多個獨立的應用能夠在同一個處理器芯片中同時運行。部署這些應用的硬件資源叫做“租戶”，這樣的架構即“多租戶架構”。

多租戶架構解決了軟件定義汽車時代，新的區(qū)域控制架構上不同軟件整合的問題。一個芯片上可以運行多個一級供應商的應用，相互之間透明而互不干擾，且這些應用可以通過OTA更新。恩智浦半導體大中華區(qū)資深市場經(jīng)理余辰杰表示，此前推出的網(wǎng)絡處理器S32G在車輛網(wǎng)絡方面現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)了多租戶的服務導向架構，此次新推出的S32E和S32Z在支持多租戶方面也能夠做到這一點，大家能夠獨立運行自己的應用，并且相互之間不會干擾，這也是我們認為未來發(fā)展的趨勢。

【新的市場方向上新的產(chǎn)品定位】

S32Z和S32E瞄準了當前汽車新電子電氣架構演進過程中，對于高性能實時處理器的需求的市場空白，市場上似乎尚無同類的產(chǎn)品與之競爭。

目前市場有有一些同樣是基于Cortex-R52內核的產(chǎn)品，但多是基于28nm工藝，主頻局限于300～400MHz，并不能夠支撐汽車高實時性處理的需求；而且在器件的集成度方面稍遜，相比S32E和S32Z的單顆芯片的高集成度產(chǎn)品，仍需較多外圍器件才能達到同樣的功能和性能。

此外非常重要的一點在于S32Z和S32E支持LPDDR接口的DRAM和Flash，這對于之后的拓展非常重要。尤其是在汽車行業(yè)，隨著自動駕駛等應用的算法升級，涉及到整個汽車生命周期內的軟件升級，行業(yè)對于內存的焦慮也很大，行業(yè)客戶希望看到未來關于可拓展存儲計算平臺方面的路線圖。

另外在ASIL-D的支持、硬件虛擬化以及信息安全等方面，S32Z和S32E也有很多來自恩智浦的技術沉淀。

【S32Z和S32E：拓寬低端和高端產(chǎn)品布局】

S32Z和S32E屬于中端的產(chǎn)品，預計量產(chǎn)會在明年。恩智浦計劃將會在2023年底推出低端的裁剪版本的Z1，未來還會推出S32Z、S32E和S32G的5nm工藝版本。

據(jù)悉，臺積電的16nm已經(jīng)非常穩(wěn)定可靠，在汽車應用方面經(jīng)過了大量的驗證，具備足夠的穩(wěn)定性和可靠性。隨著時間發(fā)展，未來5nm也會成為一種非常可靠的工藝，而且針對高性能處理器而已，5nm的工藝意味著更好的功耗管理和散熱。

總結

“之前汽車行業(yè)對實時控制的普遍做法是通過較低性能的微控制器來實現(xiàn)相關的功能。我們今天所推出的產(chǎn)品也正傳達出一個非常重要的信息，即恩智浦將微控制器的性能提升到了一個新高度。”Brain Carlson分享到，“不僅如此，我們也實現(xiàn)了硬件虛擬化，使得每一個功能都能獨立于其他的功能來運行。通過這樣的方式將實時性帶上了一個新臺階，即實現(xiàn)更高的性能和集成度，可靠性和強大的硬件虛擬化機制。”

隨著汽車架構不斷向域和區(qū)域化演進，更高性能的域控處理器是市場迫切需求。在當前汽車區(qū)域架構的盲人摸象的發(fā)展階段，S32E和S32Z可以助力新一代軟件定義汽車的走的更快一些。