10月18日，芯馳科技在智東西公開課開設(shè)的「芯馳科技汽車芯片系列公開課 · 車規(guī)MCU專場」已順利完結(jié)，芯馳科技市場總監(jiān)何旭鵬帶來了主題為《缺芯潮下，國產(chǎn)車規(guī)MCU的創(chuàng)新與應(yīng)用》的直播講解。

何旭鵬老師首先從缺芯潮下MCU的國產(chǎn)替代機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)講起，之后結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)、軟件開發(fā)工具鏈、參考設(shè)計(jì)，以及ADAS和電池管理系統(tǒng)BMS應(yīng)用方案等方面內(nèi)容，對芯馳科技E3系列車規(guī)MCU進(jìn)行了深入解讀。

本次專場分為上中下三集，將從以下5個(gè)方面展開：

缺芯潮下MCU的國產(chǎn)替代機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)

芯馳科技E3系列車規(guī)MCU介紹

芯馳科技E3系列車規(guī)MCU關(guān)鍵技術(shù)

E3系列MCU的工具鏈與參考設(shè)計(jì)

基于E3的ADAS及BMS應(yīng)用方案介紹

本集內(nèi)容為：

芯馳科技E3系列車規(guī)MCU關(guān)鍵技術(shù)

E3系列MCU的工具鏈與參考設(shè)計(jì)

芯馳科技E3系列車規(guī)MCU關(guān)鍵技術(shù)

這里介紹一些產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)。首先從內(nèi)核談起，E3內(nèi)核的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：第一個(gè)特點(diǎn)是高功能安全，像有朋友在討論區(qū)里提到的，Cortex-R5F也是一個(gè)ASIL D認(rèn)證的IP，可以在ARM官網(wǎng)下載到相關(guān)的功能安全證書。芯馳E3整個(gè)系列都配置了Cortex-R5F內(nèi)核，它的第一個(gè)特點(diǎn)是安全，第二個(gè)特點(diǎn)是高算力。高算力背后有兩個(gè)原因，一是有多個(gè)可編程內(nèi)核，比如E3600系列，最多是6個(gè)物理上的內(nèi)核，最小可以配置成三對獨(dú)立可運(yùn)行的鎖步內(nèi)核；最大情況下，除一對鎖步內(nèi)核無法解開，其他的兩對鎖步核可以配置為4個(gè)獨(dú)立可編程的內(nèi)核，這樣就可以獲得總共5個(gè)獨(dú)立的內(nèi)核，芯片整體算力會(huì)得到提升。表格最后一行展示的是以KDMIPS為單位的算力，E3600系列未來還有800MHz主頻的產(chǎn)品，算力可以達(dá)到8KDMIPS。

另外，部分雙核鎖步CPU可以被配置成鎖步或獨(dú)立運(yùn)行模式，舉例如ADAS控制器或者剎車控制器，這些ECU都有功能安全和非功能安全的算力需求，此時(shí)E3的CPU就可以由用戶去配置為鎖步內(nèi)核和多個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的非鎖步內(nèi)核，以滿足應(yīng)用的算力要求。

第三個(gè)特點(diǎn)是支持單指令多數(shù)據(jù)類的指令，這是Cortex-R5F帶來的一個(gè)特點(diǎn)，也是提升運(yùn)算效率的一個(gè)方式。再就是硬件FPU，提供一個(gè)硬件浮點(diǎn)單元。很多朋友可能會(huì)問，芯馳E3產(chǎn)品的算力很高，它有什么樣的目標(biāo)市場呢？我們在推廣的過程中看到越來越多的ECU是有高算力需求的。舉個(gè)例子，首先實(shí)現(xiàn)厘米級高精度定位的定位盒子P-Box，對于自動(dòng)駕駛來說這是一個(gè)非常重要的ECU，這類ECU需要對越來越多的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的矩陣計(jì)算，需要大容量存儲(chǔ)和大算力來完成實(shí)時(shí)定位運(yùn)算，這一部分很多時(shí)候會(huì)用到E3400，甚至E3600系列來做產(chǎn)品開發(fā)。目前，我們有多個(gè)P-Box項(xiàng)目在研，正是發(fā)揮了E3高算力的特點(diǎn)。

此外，現(xiàn)在很多ECU集成了更多的傳統(tǒng)ECU功能，比如某項(xiàng)目是底盤的域控制器，里面可能有BMS、網(wǎng)關(guān)、車身控制、VCU等，這些功能集成在一起之后，對MCU的算力要求將會(huì)顯著提高。

第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是存儲(chǔ)架構(gòu)。芯馳E3存儲(chǔ)架構(gòu)的特點(diǎn)首先是容量很大，剛才提到了E3640最大有4MB SRAM，但是整顆芯片中可用的SRAM大于4MB。因?yàn)槊恳粚︽i步內(nèi)核上有128KB TCM，這是更靠近內(nèi)核的一個(gè)更快SRAM，它可以做普通的SRAM使用。如果計(jì)及TCM，再把RAM的ECC部分（不需要ECC時(shí)可作為普通RAM使用）也算進(jìn)去，整個(gè)SRAM會(huì)超過5MB。

第二個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是有高性能的指令和數(shù)據(jù)緩存，這兩部分對于Cortex-R5F內(nèi)核是非常重要的。我們跑過一些典型應(yīng)用，比如電機(jī)驅(qū)動(dòng)或者網(wǎng)關(guān)，發(fā)現(xiàn)在這些實(shí)際應(yīng)用場景中緩存的命中率是非常高的，經(jīng)常可以達(dá)到99%及以上的水平，這意味著大部分的數(shù)據(jù)、指令訪問，都是在高速緩存范圍內(nèi)完成了，所以CPU性能會(huì)非常高。并且根據(jù)我們的理解，絕大部分的ECU應(yīng)用運(yùn)行下來都會(huì)得到非常高的緩存命中率。而對于希望能準(zhǔn)確的執(zhí)行并避免緩存miss的工況，關(guān)鍵代碼可以放在TCM里完成，整個(gè)執(zhí)行會(huì)有更高的確定性。

另外，各級存儲(chǔ)基本都有ECC和Parity保護(hù)，整體具有功能安全設(shè)計(jì)。除了每一種存儲(chǔ)有ECC保護(hù)以外，各個(gè)存儲(chǔ)內(nèi)部的總線還有端對端的保護(hù)，整個(gè)存儲(chǔ)架構(gòu)是十分安全的。

其他重要特點(diǎn)還包括可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器，芯馳叫XSPI接口。它最多可以跑到200MHz時(shí)鐘、8根數(shù)據(jù)線、DDR模式，最大實(shí)現(xiàn)每秒400MB/s的串行存儲(chǔ)擴(kuò)展。這個(gè)接口擴(kuò)展的存儲(chǔ)器是memory mapped，可以直接把代碼或者數(shù)據(jù)放在其中運(yùn)行，大部分情況無需把外部Flash中的程序放到RAM里運(yùn)行。這個(gè)存儲(chǔ)接口還可以支持?jǐn)?shù)據(jù)加密并在線解密執(zhí)行程序。

大家可能也會(huì)有疑問，為什么要把MCU產(chǎn)品的存儲(chǔ)做得這么大？為什么需要可擴(kuò)展的存儲(chǔ)接口？主要原因在于很多應(yīng)用會(huì)有越來越大的數(shù)據(jù)量。以區(qū)域控制器為例，很多產(chǎn)品都會(huì)用到10MB以上的Flash存儲(chǔ)，隨著未來ECU產(chǎn)品集成度提高、更復(fù)雜的功能被集成，存儲(chǔ)一定會(huì)繼續(xù)增長。如果有個(gè)可擴(kuò)展的存儲(chǔ)，會(huì)使這一切變得更加靈活。比如做一個(gè)產(chǎn)品升級，算力是足夠的，但Flash空間不夠，換一個(gè)板級引腳兼容的Flash就可以解決。

第三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是E3產(chǎn)品所集成的外設(shè)與功能模塊。下面介紹下外設(shè)層面值得提出的點(diǎn)：首先是CAN-FD和LIN接口非常多，CAN-FD最多有24路，LIN最多16路，這樣的配置對未來的集中式電子電氣架構(gòu)是非常重要的，可以讓控制器便捷的接駁各類傳感器和執(zhí)行器。我們已經(jīng)看到了一些客戶做區(qū)域控制器時(shí)，用到的CAN和LIN在25路左右的水平，這是未來一兩年會(huì)上車的控制器產(chǎn)品，可以看到這一類產(chǎn)品的演化非常快。

FlexRay是一個(gè)重要的通信接口，有時(shí)可以作為ECU間的備份通信路徑，當(dāng)兩個(gè)區(qū)域控制器之間的以太網(wǎng)通信出現(xiàn)單點(diǎn)故障時(shí)，可以作為備份。集中化汽車電子電氣架構(gòu)中的域控制器通常將以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)絡(luò)，芯馳的E3產(chǎn)品里面絕大多數(shù)都配有以太網(wǎng)，最多包含兩個(gè)千兆以太網(wǎng)模塊，支持TSN。TSN是比較重要的，特別是在ADAS相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域里，可用于實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)和控制信號的時(shí)間同步。比如一個(gè)激光雷達(dá)，其傳遞到ADAS控制器的數(shù)據(jù)就需要做時(shí)間同步，E3支持TSN的一系列協(xié)議，具體可以參考芯馳技術(shù)參考手冊上的相關(guān)介紹。

以太網(wǎng)在未來的集中式電子電氣架構(gòu)中，也會(huì)作為一個(gè)主干網(wǎng)絡(luò)而存在，現(xiàn)在能看到的一些域控制器中以太網(wǎng)已經(jīng)用到了百兆，未來千兆的情況也會(huì)很快的進(jìn)入應(yīng)用階段，因?yàn)閿?shù)據(jù)量會(huì)越來越大。

對于軟件定義汽車或者SOA架構(gòu)的開發(fā)，TSN也扮演著十分重要的作用。SOA中一個(gè)應(yīng)用的功能會(huì)由很多的服務(wù)組成，由不同的ECU完成，這個(gè)過程中需要一個(gè)時(shí)間邏輯上的同步，TSN就是相關(guān)實(shí)現(xiàn)所需的關(guān)鍵模塊。

接口外設(shè)如USB，在特定的應(yīng)用中是比較重要的。比如一個(gè)液晶儀表，USB可以更方便的下載資源、進(jìn)行調(diào)試。還有SPI，由于汽車中越來越多的外部器件是串行化的，E3最多有8個(gè)SPI模塊，每個(gè)模塊有4個(gè)片選，可以支持較多的節(jié)點(diǎn)滿足板級系統(tǒng)連接需求。

下面是兩個(gè)實(shí)時(shí)控制相關(guān)的外設(shè)，E3芯片內(nèi)部集成了高性能的SAR ADC，采樣率能達(dá)到2MSPS，內(nèi)部有三個(gè)獨(dú)立的SAR內(nèi)核，可以做同步采樣。同時(shí)，會(huì)支持多達(dá)48個(gè)模擬通道，另外還有專門的IO可以受到ADC模塊的控制，去選通外部的模擬開關(guān)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)模擬通道拓展。同時(shí)，E3有4個(gè)模擬比較器可以做快速的保護(hù)，該保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間是非常快的，在實(shí)時(shí)控制相關(guān)的應(yīng)用發(fā)揮著非常重要的作用。實(shí)時(shí)控制的外設(shè)剛才提到了eTimer和ePWM，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的輸入輸出，可以最高支持到64個(gè)通道。

第四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是信息安全。信息安全模塊不只是硬件安全模塊，也包含了安全存儲(chǔ)、干擾檢測器和eFuse。

硬件安全模塊里包含了一個(gè)RISC-V信息安全內(nèi)核和一系列信息安全相關(guān)的硬件加速引擎，可以分為幾大類：公鑰。對稱加密、哈希和真隨機(jī)數(shù)。除了這些傳統(tǒng)的算法以外，國密SM2/3/4/9也被包含到了硬件加速引擎當(dāng)中，整個(gè)芯片計(jì)劃過國密二級的認(rèn)證。

其中比較重要的部分是eFuse，eFuse可用于燒寫?yīng)毺氐腎D或密鑰。eFuse有兩個(gè)比較典型的應(yīng)用，第一種是使用外部的Flash存儲(chǔ)器并需要在外部Flash存儲(chǔ)器里直接執(zhí)行程序，但這時(shí)不希望外部存儲(chǔ)器里的程序是對外可見的，這時(shí)可以把它加密，然后把密鑰存在芯片內(nèi)部的eFuse里，外部存儲(chǔ)器中的程序可以直接在線的解密并得到執(zhí)行。這樣整個(gè)代碼的安全，知識產(chǎn)權(quán)安全得到了保護(hù)。

第二周，它里面可以用來做安全啟動(dòng)的密鑰，在啟動(dòng)時(shí)會(huì)讀取對應(yīng)的區(qū)域，對固件進(jìn)行驗(yàn)簽，校驗(yàn)通過后執(zhí)行代碼。這樣可以保證運(yùn)行的固件是經(jīng)過認(rèn)證的，芯馳有安全啟動(dòng)的相關(guān)方案，具體會(huì)提到怎樣配置eFuse。

存儲(chǔ)這部分，有專門針對加密算法運(yùn)行過程中的公鑰和私鑰做的安全存儲(chǔ)，安全存儲(chǔ)在內(nèi)部有一個(gè)專門的RAM區(qū)域，外部無法訪問。這樣的區(qū)域，可以在檢測到外部攻擊，比如對電源和時(shí)鐘的攻擊，或者在一些安全原則被違反的情況下，自動(dòng)銷毀秘鑰，這部分功能由干擾檢測器實(shí)現(xiàn)。

另外一點(diǎn)是安全啟動(dòng)有速度上的要求，有很多人會(huì)要求安全系統(tǒng)啟動(dòng)后在一定時(shí)間內(nèi)能收發(fā)CAN報(bào)文，芯馳已經(jīng)有一個(gè)相關(guān)的方案，并且實(shí)測下來性能是比較好的，也間接說明了整個(gè)HSM吞吐率是比較不錯(cuò)的，能滿足典型應(yīng)用的要求。

關(guān)于安全區(qū)域，整個(gè)信息安全模塊通過mailbox進(jìn)行訪問，而我們的密鑰，比如eFuse里存儲(chǔ)的密鑰，只能通過硬件引擎去訪問，其他的程序代碼是無法接觸到的，這樣的機(jī)制也保證了信息安全能達(dá)到比較高的水平。

最后一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是功能安全。功能安全是個(gè)比較復(fù)雜的話題，首先介紹下芯馳的功能安全輸出物，芯馳一直將功能安全作為重要目標(biāo)，友商功能安全相關(guān)的軟硬件文檔芯馳都會(huì)有。安全手冊，包括了各個(gè)模塊的安全機(jī)制和實(shí)現(xiàn)方法的描述，配套也會(huì)有一個(gè)功能安全軟件，這個(gè)軟件會(huì)提供一些范例，告訴大家怎么實(shí)現(xiàn)這些功能性機(jī)制。

另外，我們還會(huì)提供AUTOSAR軟件，一些核心模塊也會(huì)做ASIL D級別的功能安全認(rèn)證，為系統(tǒng)集成者實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能安全的助力。芯馳還會(huì)提供FMEDA表單，客戶可以根據(jù)你所用的安全模塊和所采取的安全機(jī)制，計(jì)算診斷覆蓋率和PMHF，評估達(dá)到什么樣的功能安全等級，也是做終端產(chǎn)品的功能安全認(rèn)證所必須的輸出物。最后，我們會(huì)有產(chǎn)品功能安全證書提供。

E3系列MCU的

工具鏈與參考設(shè)計(jì)

這張表里放了E3系列最關(guān)鍵的工具鏈和生態(tài)組件，先從軟件看起，軟件方面芯馳一直是維護(hù)了兩套軟件系統(tǒng)：第一個(gè)是汽車?yán)锓浅Ａ餍械腁utoSAR MCAL，由芯馳非常有經(jīng)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行開發(fā)，既包括了MCAL驅(qū)動(dòng)，也包括了復(fù)雜驅(qū)動(dòng)CDD，這些都屬于AutoSAR軟件的重要組成部分。

這一套AutoSAR MCAL軟件釋放以后，芯馳和國內(nèi)外的AutoSAR供應(yīng)商做了適配，國內(nèi)的包括普華、東軟睿馳、恒潤，國外包括Vector、ETAS、EB等都已經(jīng)做了一定程度的適配，有些第三方工具成熟度已經(jīng)接近于量產(chǎn)水平。多家廠商為芯馳提供了AutoSAR評估包，有需要的客戶可以購買評估包。

另一套軟件是SSDK。芯馳是提供了一套BSP軟件或者說基于FreeRTOS驅(qū)動(dòng)庫，它的重要意義在于如果一個(gè)新的硬件要做一些調(diào)試和校驗(yàn)可以比較快的上手，它可以直接接觸到底層做一些寄存器配置。SSDK軟件也同樣適用于不需要AutoSAR的客戶進(jìn)行項(xiàng)目量產(chǎn)。

顯示中間件部分芯馳也和當(dāng)前流行的庫做了適配，包括QT for MCU和LittleVGL。

再就是大家關(guān)注的集成開發(fā)環(huán)境，這部分芯馳還在適配更多的廠商，現(xiàn)在有IAR和Greenhills是可以用的，也得益于芯馳采用Cortex-R5內(nèi)核，在IAR的工具中，可以找到支持到功能安全ASIL D級別的工具鏈，非功能安全的工具鏈也是可以作為一個(gè)選項(xiàng)去獲取。同時(shí)，整套工具提供了一個(gè)代碼編輯、調(diào)試、鏈接生成可執(zhí)行文件等這一系列必要的軟件工具。

往下是參考設(shè)計(jì)，是按照車規(guī)級A樣標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用參考板。評估板是一個(gè)相對低成本的最小系統(tǒng)，把絕大部分的資源引出，可以供客戶搭建自己的原型機(jī)。

文檔不再詳細(xì)介紹，數(shù)據(jù)手冊和技術(shù)參考手冊是最基本的文檔。其他文檔也有很多，比如軟件開發(fā)包的使用手冊、硬件設(shè)計(jì)手冊、還有各個(gè)應(yīng)用相關(guān)的手冊，比如OTA相關(guān)的、信息安全相關(guān)的應(yīng)用手冊，在芯馳支持系統(tǒng)上都有提供。

接下來是E3顯示參考設(shè)計(jì)。上圖顯示了兩個(gè)比較重要的參考設(shè)計(jì)，這些參考設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)資料、軟件包還有說明文檔，都是可以在芯馳支持系統(tǒng)里直接下載到的。上圖左上角展現(xiàn)的是參考設(shè)計(jì)中核心的板卡，而周邊的一些配件并沒有放在圖片中。

該參考設(shè)計(jì)面對的是幾個(gè)顯示類的應(yīng)用，像是2D液晶儀表，抬頭顯示控制器和電子后視鏡，電子后視鏡是指車左右兩邊的外電子后視鏡。該板卡上貼了E3340具有顯示多媒體模塊的 MCU，它可以通過串行器輸入攝像頭的數(shù)據(jù)也可以做視頻數(shù)據(jù)的接入；視頻輸出有 LVDS接口和 RGB接口直接推屏。

同時(shí)，板卡上有一些高性能的車規(guī)接口，包括1000Base-T1口、USB口和CAN-FD口。剛才也提到了USB在顯示類應(yīng)用中下載素材做OTA或者更換儀表等主題，作為一個(gè)下載更新的介質(zhì)入口具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

板卡上還有電機(jī)驅(qū)動(dòng)和音頻功放，可以搭建一個(gè)儀表的體系。另外，板卡還有32bit的SRAM作為一個(gè)顯示buffer使用。特別提到的是顯示參考設(shè)計(jì)已經(jīng)升級到了第二代，上圖左下角展現(xiàn)的是第一代，第二代產(chǎn)品有幾個(gè)比較激動(dòng)人心的demo，比如1920×720能跑到60幀的2D液晶儀表，這是最新推出的一個(gè)方案，在業(yè)界做到比較高的水平。因?yàn)镋3內(nèi)部有硬件扭曲引擎，可以把指針?biāo)⒌奖容^高的頻率，實(shí)現(xiàn)效果會(huì)比較好，未來會(huì)有視頻和demo提供給客戶。

同時(shí)，我們還在部署高分辨率的電子后視鏡，比如1080P、720P的電子后視鏡方案，會(huì)適配不同的顯示屏和攝像頭來滿足客戶的需求。以上顯示類的參考設(shè)計(jì)的一個(gè)概況。

第二個(gè)是E3網(wǎng)關(guān)、電動(dòng)力總成、域控制器參考設(shè)計(jì)，這一塊面向的是剛才提到的車身域控及域控型網(wǎng)關(guān)、電動(dòng)力總成、域控制器。域控制器不限于ADAS或者底盤域控，這里是一個(gè)又大又全的域控參考設(shè)計(jì)。

板卡貼了E3640 MCU，接口上留了把兩路1000Base-T1，同時(shí)也預(yù)留了一個(gè)100Base-TX，可以方便我們?nèi)フ{(diào)試，還有豐富的CAN-FD/LIN接口，引出了很多模擬輸入通道，包括了PWM、SENT和數(shù)字輸入，板卡載有高級邊驅(qū)動(dòng)的芯片，這些驅(qū)動(dòng)接口也被預(yù)留了出來，他們對于車身控制器是一個(gè)比較基礎(chǔ)的模塊，同時(shí)芯片還貼了MCP，有HyperFlash和HyperRAM存儲(chǔ)，可以同時(shí)給E3640芯片擴(kuò)展RAM和Flash。

該參考設(shè)計(jì)，可以去做電機(jī)FOC的評估、Benchmarking以及通信相關(guān)的壓力測試，比如CAN-FD自環(huán)、以太網(wǎng)自環(huán)的壓力測試，現(xiàn)在這塊參考板按照 A樣級別設(shè)計(jì)的，怎么理解？使用12V的供電，板卡上的接口和芯片以及PCB都是車規(guī)選型，整個(gè)板子可以做EMC實(shí)驗(yàn)、高低溫實(shí)驗(yàn)，也可以裝車接口連接，做一些功能驗(yàn)證。該設(shè)計(jì)有助于客戶快速上手做自己的應(yīng)用，它們也在不斷更新迭代中。

關(guān)于芯馳科技

芯馳科技專注于為未來智慧出行提供高性能、高可靠的車規(guī)芯片，是國內(nèi)首個(gè)“全場景、平臺(tái)化”的芯片產(chǎn)品與技術(shù)解決方案提供者。

芯馳科技產(chǎn)品和解決方案覆蓋智能座艙、智能駕駛、中央網(wǎng)關(guān)和高性能MCU四大業(yè)務(wù)，涵蓋了未來汽車電子電氣架構(gòu)最核心的芯片類別，從而實(shí)現(xiàn)“四芯合一，賦車以魂”。芯馳的車規(guī)芯片已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，服務(wù)客戶超過260家，覆蓋中國90%以上的車廠。

關(guān)于芯馳科技 四證合一

·國內(nèi)首個(gè)通過德國萊茵TUV ISO 26262 ASIL D功能安全流程認(rèn)證

·國內(nèi)第一個(gè)獲得德國萊茵TUV ISO 26262 ASIL B 產(chǎn)品認(rèn)證的車規(guī)處理器

·一次性通過所有AEC-Q100可靠性認(rèn)證項(xiàng)目

·國內(nèi)首批獲得國密商密產(chǎn)品認(rèn)證

審核編輯 ：李倩