使用实时处理器扩展恩智浦S32汽车平台的意义

作者：Brian Carlson

恩智浦S32汽车平台推新，新增了具备安全MCU确定行为特性的全新类别实时处理器，提供出色的千兆级主频、多应用隔离支持和存储器扩展功能。全新的16nmS32Z和S32E实时处理器系列适用于为软件定义汽车提供跨域功能的安全集成。

S32平台的扩展意义重大，允许恩智浦客户在其新的汽车架构中利用该平台的共性和优势，如Arm^® Cortex^®处理器内核、集成硬件安全引擎（HSE）、ISO 26262 ASIL D功能安全支持和通用软件开发环境以及面向应用的处理器系列。S32G汽车网络处理器适用于汽车计算和服务型网关S32K通用微控制器适用于车身域应用和区域应用S32Z实时处理器适用于安全处理和实时域控制及区域控制应用。这些器件共同支持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

但什么是“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。为了满足时序限制，处理器内核必须满足性能要求，提供快速中断响应并提供确定执行，S32Z和S32E系列处理器中使用的Arm Cortex-R52处理器内核能够满足这些要求。Cortex-R52处理器内核还支持这些安全、实时应用所需的功能安全和虚拟机管理程序。

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S32Z2和S32E2系列的初版样品拥有8个带可分锁步支持特性的Cortex-R52处理器内核，工作频率高达1 GHz。借助可分锁步功能，可以在启动时根据应用需求选择不同的处理器内核配置。例如，支持4个锁步对，其中两个锁步对有4个非锁步处理器内核，或者所有8个处理器内核都在非锁步模式下运行，可实现较高的灵活性。

未来，恩智浦将提供S32Z1系列的样品，它具有4个Cortex-R52处理器内核，适用于需要比传统汽车微控制器性能更高的应用，以实现实时应用集成，但性能略低于S32Z2系列。这样，两个引脚兼容和软件兼容的处理器系列具有较高的可扩展性。实时处理器未来也将不断扩展，具有更高的性能，将来会与5nm产品进行集成，创建强大的软件兼容性路线图。恩智浦目前已经拥有功能性5nm实时处理器测试芯片，是面向这些未来产品的第一款产品。

S32Z和S32E处理器的兼容性与可扩展性

S32Z处理器适用于安全处理、域控制和区域控制。该系列能够集成各种安全和车辆控制应用，例如车辆动力和底盘控制。软件兼容的S32E处理器提供额外的复杂定时器和3.3V/5V模数转换器及5V I/O，是电动汽车（xEV）控制和智能驱动应用的理想选择。

S32Z和S32E处理器旨在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（通过模块或电子控制单元 （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。车内有广泛的汽车实时应用。它们可以集成在域架构和区域架构的各个部分，如下所示。

实时应用示例

目标是提供虚拟ECU之间的隔离，确保免受干扰，就如同它们是单独的ECU，这需要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 。这种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。S32Z和S32E处理器已准备就绪，能够支持新的软件定义汽车要求。

S32Z / S32E多应用集成示例。

下面示例说明了S32Z和S32E处理器是如何支持虚拟ECU的，也展示了“片上EV”，即如何将多个ECU实时功能集成在S32E处理器上。

多ECU集成示例——推进域控制器

与通常在300~400 MHz范围内运行的竞争产品28nm安全微控制器相比，16nm S32Z和S32E处理器的速度高达1 GHz，具有强大的竞争优势。这使S32Z和S32E处理器能够支持更复杂的实时应用和需要更高性能的更高级别软件集成。S32Z和S32E处理器能够为多达24个CAN 2.0和CAN FD接口进行加速，具有较大的优势，可确定地、高效地处理大量的CAN流量，而无需中断处理器内核。

使用LPDDR4 DRAM 和Flash存储器扩展存储器，还支持更大的应用和未来重要的数据，包括支持机器学习和用于汽车服务和数据共享的AUTOSAR ^®自适应平台。这些优势既可以用于采用独立S32Z和S32E处理器进行的新设计，也可用于增强使用传统汽车MCU的现有ECU的性能。S32Z和S32E处理器既支持新产品进行可扩展，又能够增强旧产品性能。

总而言之，恩智浦多功能S32Z和S32E处理器可满足新车辆架构中整合各种实时汽车应用的关键需求。它们支持满足“实时”需求的关键处理要求，能够安全地隔离多个应用，并提供加速和扩展能力，以简化当今的软件开发需求，并制定了强大的软件兼容设备路线图，应对未来可能的需求。它们是S32汽车平台的理想扩展，为未来的软件定义汽车打造各种解决方案。

荣膺2022年国际嵌入式大会创新硬件奖

S32Z和S32E实时处理器被业界视为创新的硬件解决方案，广受赞誉，并荣获了2022年国际嵌入式大会创新硬件奖。

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Brian Carlson
恩智浦连接与安全产品经理

Brian Carlson专注于汽车网关和域控制器的安全汽车网络处理器。他在推动领先的计算和通信产品发展方面拥有超过30年的经验，曾担任过产品开发、技术营销、产品管理和业务开拓方面职务。他曾任MIPI联盟董事会副主席，带领移动充电设备进军汽车和物联网等相关市场。Brian拥有美国南卫理公会大学（Southern Methodist University）电气工程硕士学位。