瑞萨电子通过虚拟化解决方案锁定 ECU 设计

从碰撞时展开安全气囊到启用无钥匙点火系统，车辆通过集成到 ECU 模块中的小型但复杂的计算机来执行许多基本功能。

车辆中的ECU将高性能组件集成到一个单元中，执行动力转向控制、紧急制动、车身控制等不同功能。

车辆中不同电子系统的示例。图片由Chip Estimate提供

随着制造商不断推动创新，为下一代汽车提供更先进的功能，瑞萨电子发布了强大的汽车虚拟化平台，以满足将多个ECU 功能集成到单个芯片中的日益增长的需求。

在讨论瑞萨电子的新解决方案之前，我们首先了解一下制造商在制造 ECU 时采取的措施。

ECU 的一些设计注意事项

总体而言，ECU 集成了硬件和软件组件来执行其功能。ECU 的开发基于 V 模型并遵循 ISO 26262 等行业标准。

ECU 设计人员使用的基本组件包括微控制器 (MCU)、模数转换器 (ADC)、传感器和执行器。重要的是，微控制器特别用于为汽车功能提供高效、稳健的性能。此外，控制车辆发动机启动的 ECU 具有实时评估启动扭矩的功能，以获得发动机的即时启动时间。

在 ECU 的开发过程中，设计人员遵循测试和验证硬件和软件组件的迭代过程，这样做是为了检测可能导致整个系统故障或抑制车辆驾驶时的无缝体验的故障模式。

ECU 区域架构的需求

由于某些架构（例如 分布式汽车架构）无法满足下一代车辆的要求，因此人们的注意力正在转向集中式架构，在该架构中，将众多功能集成到单个 ECU 中。

区域架构中配电模块示意图。图片由德州仪器 (TI)提供

称为区域架构的集中式结构有望满足高计算性能的需求。例如，区域架构包括具有大处理能力的车辆计算模块，可以执行所有复杂的计算，而不管功能如何。

在区域架构中，设计人员和工程师利用有组织的 ECU 来优化功耗，方法是采用配电模块，将电力有效地分配给车辆中的不同负载和 ECU。

此外，区域架构有望为内燃机车辆提供更高的燃油效率。然而，设计人员必须克服与并发应用程序之间的干扰相关的挑战，以确保安全性。

瑞萨电子基于 MCU 的区域 ECU 解决方案

为了进一步推动 ECU 和区域架构的发展，ETAS 和瑞萨电子之间的合作开发了一个包含RH850/U2x 微控制器和RTA-HVR 管理程序的虚拟化平台。

该平台承诺为区域 ECU 设计提供带有预配置嵌入式软件的现成环境。该平台允许将多个应用程序集成到单个 ECU 中。

RH850/U2B 微控制器框图。

RH850/U2B 微控制器框图。图片由瑞萨电子提供

借助 RTA-HVR 虚拟机管理程序，设计人员可以将一个物理 ECU 转换为多个虚拟 ECU。此外，ETAS 的虚拟机管理程序利用 RH850/U2x 系列的硬件虚拟化功能来创建多个虚拟机。每个虚拟机都有一个或多个虚拟中央处理单元（CPU）、一段内存空间和一组外设。

另一方面，RH850/U2x 微控制器具有基于 RISC-V 的多指令、多数据 (MIMD) 高性能嵌入式处理器、虚拟机管理程序硬件支持和安全功能。

在解决方案中采用微控制器可以实现不受干扰并提供高性能 NoC（片上网络）结构。这种结构声称可以保证各个集成应用程序的实时行为。

工程师可以利用预构建的即用型解决方案来降低与区域 ECU 设计相关的开发成本和风险。

瑞萨电子汽车数字产品营销部总监 Satoshi Yoshida 在谈到该解决方案时表示，新的 ECU 虚拟化解决方案平台可以让用户轻松、快速地开发具有内置安全功能的先进系统。