【導(dǎo)讀】區(qū)域控制器是汽車(chē)中的節(jié)點(diǎn)，在汽車(chē)的一個(gè)物理區(qū)域內(nèi)，為各傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備提供電源分配，數(shù)據(jù)連接和I/O采集與驅(qū)動(dòng)需求。MCU是區(qū)域控制器的大腦，區(qū)域控制器中的MCU一般需要具備強(qiáng)大的處理能力，有很豐富的通訊接口，同時(shí)具備一定功能安全和信息安全等級(jí)。下面介紹區(qū)域控制器的一些關(guān)鍵技術(shù)和MCU解決方案。
汽車(chē)工業(yè)經(jīng)過(guò)百年發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了有史以來(lái)最激動(dòng)人心的時(shí)刻，技術(shù)的進(jìn)步有望帶來(lái)無(wú)與倫比的安全性，更高的生產(chǎn)率和更好的環(huán)境利益。但具有自動(dòng)駕駛功能的純電動(dòng)汽車(chē)不可能在一夜之間成為主流或平價(jià)。OEM意識(shí)到，他們需要為當(dāng)下和未來(lái)的汽車(chē)建立正確的架構(gòu)基礎(chǔ)。區(qū)域控制器是整車(chē)EE架構(gòu)的重要部分。本文討論實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制器的關(guān)鍵技術(shù)以及MCU解決方案?！w凌汽車(chē)電子技術(shù)專(zhuān)家 張馳
區(qū)域控制器是汽車(chē)中的節(jié)點(diǎn)，在汽車(chē)的一個(gè)物理區(qū)域內(nèi)，為各傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備提供電源分配，數(shù)據(jù)連接和I/O采集與驅(qū)動(dòng)需求。MCU是區(qū)域控制器的大腦，區(qū)域控制器中的MCU一般需要具備強(qiáng)大的處理能力，有很豐富的通訊接口，同時(shí)具備一定功能安全和信息安全等級(jí)。下面介紹區(qū)域控制器的一些關(guān)鍵技術(shù)和MCU解決方案。
1 高算力多核處理器
圍繞區(qū)域控制器和中央計(jì)算單元的EE架構(gòu)車(chē)輛，會(huì)使車(chē)輛中的ECU的數(shù)量減少，但也增加了一些ECU的處理器負(fù)載，因?yàn)橛懈嗟墓δ懿渴鸬竭@些。在物理上，區(qū)域控制器是多個(gè)ECU的邏輯集中點(diǎn)，這對(duì)于區(qū)域控制器中MCU的算力有了更高的需求。在傳統(tǒng)功能單一的ECU中往往使用性能較低的單核MCU即可滿(mǎn)足要求，而對(duì)于區(qū)域控制器，往往需要高性能的多核MCU才能滿(mǎn)足要求。在多核MCU中每個(gè)核可以跑一種單獨(dú)功能，多核即可實(shí)現(xiàn)多種功能，從而實(shí)現(xiàn)多種ECU功能的融合。
TC3xx微控制器是第2代AURIX?產(chǎn)品，搭載了多達(dá)六個(gè)TriCore? 1.62嵌入式內(nèi)核，每個(gè)內(nèi)核的時(shí)鐘頻率最高可達(dá)300MHz。下圖是TC3xx家族中的TC39x系列MCU模塊圖，TC39x的算力達(dá)到了4000 DMIPS。
Figure 1: TC39x Block Diagram
TC4xx微控制器是第3代AURIX?產(chǎn)品，搭載了多達(dá)六個(gè)TriCore? 1.8嵌入式內(nèi)核，每個(gè)內(nèi)核的時(shí)鐘頻率最高可達(dá)500MHz，并且集成一個(gè)PPU協(xié)處理器，可實(shí)現(xiàn)快速向量運(yùn)算，基礎(chǔ)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及其它一些復(fù)雜數(shù)學(xué)算法。PPU在未來(lái)的區(qū)域控制器中可以被應(yīng)用于建模，模型預(yù)測(cè)控制以及防入侵檢測(cè)等一些信息安全算法中。下圖是TC4xx家族中的TC4Dx MCU的模塊圖，TC4Dx的算力達(dá)到了8000DMIPS+72GFlops*1。72GFlops是由PPU貢獻(xiàn)的。
Figure 2: TC4Dx Block Diagram
*1. FLOPS是每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)。1GFLOPS = 每秒十億（=10^9）次的浮點(diǎn)運(yùn)算。以多層感知器（Multi-Layer Perception ，MLP）為例，在輸入層神經(jīng)元數(shù)量=14，隱藏層神經(jīng)元數(shù)量=20，輸出層神經(jīng)元數(shù)量=1的情況下，大約需要1.7GFLOPS的算力。
2 連接和互通
在區(qū)域控制器體系中，每個(gè)傳感器和執(zhí)行器都根據(jù)其位置連接到本地區(qū)域控制器，然后區(qū)域控制器執(zhí)行一些數(shù)據(jù)幀格式轉(zhuǎn)換，匯總數(shù)據(jù)并通過(guò)高速以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送至中央處理單元。區(qū)域控制器一般通過(guò)控制器CAN或LIN總線(xiàn)和掛載在它上面的傳感器和執(zhí)行器通信，或者通過(guò)低速以太網(wǎng)或LVDS與攝像頭或其他ADAS傳感器進(jìn)行通信。這就要求區(qū)域控制器的主控MCU有豐富的CAN和LIN的通訊接口以及高速以太網(wǎng)接口。在區(qū)域控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程中，還需要考慮通信延遲的問(wèn)題，在中央集中式架構(gòu)中，大部分的控制和執(zhí)行命令是由中央處理單元發(fā)出，有些命令（例如底盤(pán)和動(dòng)力）對(duì)于延時(shí)有嚴(yán)格的要求，因此對(duì)于區(qū)域控制器中從高速以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)到CAN/LIN/低速以太網(wǎng)接口的延時(shí)時(shí)間也有了要求。
TC3xx/TC4xx家族產(chǎn)品都有豐富的CAN/LIN/Ethernet通訊接口。
Figure 3: TC39x/TC4Dx CAN/LIN/Ethernet Channel
TC4xx產(chǎn)品中更是集成專(zhuān)用的硬件通訊路由模塊CRE (CAN Routine Engine)/DRE (Data Routine Engine)。TC4xx中的一個(gè)CAN模塊中集成了4個(gè)CAN 節(jié)點(diǎn)，當(dāng)相同模塊中的CAN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，可以通過(guò)CRE直接實(shí)現(xiàn)CAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，無(wú)需CPU和軟件介入。當(dāng)不同模塊中CAN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)或者CAN節(jié)點(diǎn)和以太網(wǎng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，則可以通過(guò)CRE+DRE的方式直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，也無(wú)需CPU和軟件介入。
Figure 4: TC4xx CRE & DRE
這種硬件路由引擎直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的方式大大減少了數(shù)據(jù)延遲，CAN到Ethernet的轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)最少可以到15us，CAN到CAN的轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)最少可以到5us。
Figure 5: TC4xx Communication Latency
在未來(lái)的中央集成EE架構(gòu)中，通訊數(shù)據(jù)量不斷增加，高速以太網(wǎng)逐漸成為EE架構(gòu)中的主干網(wǎng)。而為了考慮數(shù)據(jù)通信安全和冗余，以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)架構(gòu)逐漸成為主流，區(qū)域控制器和中央控制單元?jiǎng)t都是以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)架中的節(jié)點(diǎn)。TC4Dx中有2路5Gbps的高速以太網(wǎng)接口和4路10/100Mbps接口，2路高速以太網(wǎng)接入以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)（1進(jìn)1出），4路低速以太網(wǎng)則可以接雷達(dá)或者攝像頭傳感器。2路高速以太網(wǎng)可以通過(guò)內(nèi)部集成的高速以太網(wǎng)橋（G-Ethernet Bridge）直接進(jìn)行以太網(wǎng)幀轉(zhuǎn)發(fā)。4路低速以太網(wǎng)接口之間也可以通過(guò)低速以太網(wǎng)橋（L-Ethernet Bridge）直接進(jìn)行以太網(wǎng)幀轉(zhuǎn)發(fā)。低速以太網(wǎng)接口和高速以太網(wǎng)接口之間也可以通過(guò)低速以太網(wǎng)橋+DRE+高速以太網(wǎng)橋直接進(jìn)行以太網(wǎng)幀轉(zhuǎn)發(fā)。這種方式大大減少以太網(wǎng)接口之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)時(shí)間。
Figure 6: TC4xx Ethernet Bridge
在中央處理單元和區(qū)域控制器為節(jié)點(diǎn)的以太網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)中，往往需要傳輸多種以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，有些數(shù)據(jù)需要進(jìn)行確定性的傳輸（例如控制類(lèi)數(shù)據(jù)），有些數(shù)據(jù)則會(huì)占用很大的帶寬（例如音視頻數(shù)據(jù)，ADAS傳感器數(shù)據(jù)等），有些則是常規(guī)數(shù)據(jù)（例如對(duì)于傳輸延時(shí)沒(méi)有要求）。因此，在這個(gè)骨干網(wǎng)絡(luò)中，需要對(duì)于以太網(wǎng)幀進(jìn)行分類(lèi)，對(duì)于控制類(lèi)數(shù)據(jù)要保證在可控的延時(shí)時(shí)間內(nèi)可以發(fā)送出去，對(duì)于音視頻或者ADAS傳感器數(shù)據(jù)要保證在正常傳輸?shù)耐瑫r(shí)不能干擾網(wǎng)絡(luò)中其他以太網(wǎng)幀的傳輸，造成其他高優(yōu)先級(jí)以太網(wǎng)幀阻塞。
Ethernet TSN協(xié)議很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，其中IEEE802.1Qav實(shí)現(xiàn)了流量整形，優(yōu)先級(jí)劃分和隊(duì)列管理，很好的解決了數(shù)據(jù)沖突的問(wèn)題，而在此基礎(chǔ)上形成的IEEE802.1Qbv實(shí)現(xiàn)了時(shí)間整形（Time-aware Shaper）機(jī)制，允許端口按照一定的時(shí)基來(lái)控制流量是否允許傳輸，傳輸?shù)拈_(kāi)關(guān)通過(guò)傳輸門(mén)（Transmission Gate）和門(mén)控制表（Gate Control List，GLC）來(lái)控制。通過(guò)這種時(shí)隙劃分機(jī)制，隔離了時(shí)間敏感消息流和其他普通消息流，既能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)間敏感消息的確定性傳輸，使得消息到達(dá)時(shí)間可預(yù)測(cè)，又能避免普通消息的干擾，提高實(shí)時(shí)性。IEEE802.1AS則給以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)提供了時(shí)間同步的機(jī)制，IEEE802.1AS-rev在此基礎(chǔ)上又增加了主時(shí)鐘冗余和多時(shí)間域的概念。
TC3xx/TC4xx以太網(wǎng)控制器支持的AVB/TSN協(xié)議如下：
Figure 7: TC3xx/TC4xx Ethernet TSN Support
*1) IEEE802.1 Qbv-prelim: 是指TC3xx的GETH的通道/隊(duì)列中支持一種slot功能。例如可以把一個(gè)同步周期分為3個(gè)slot, 然后配置3個(gè)隊(duì) 列，每個(gè)隊(duì)列占用一個(gè)slot，這樣就能實(shí)現(xiàn)3個(gè)隊(duì)列發(fā)送不同的以太網(wǎng)幀以及3個(gè)隊(duì)列發(fā)送的數(shù)據(jù)互不干擾。
3 互不干擾性
在面向區(qū)域的中央集中式架構(gòu)中，ECU的數(shù)量將大幅度減少，這一部分減少的ECU有一部分將并入?yún)^(qū)域控制器中，有些則會(huì)把控制功能往上傳至中央處理單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，而自身則轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)智能傳感器或者智能執(zhí)行器。在這個(gè)過(guò)程中，區(qū)域控制器會(huì)承載越來(lái)越多的功能，而各個(gè)功能獨(dú)立運(yùn)行和互不干擾至關(guān)重要。
● 按核劃分
目前多核MCU在汽車(chē)電子上得到了廣泛的應(yīng)用，可以每個(gè)核分配一個(gè)功能，這樣每個(gè)功能并行運(yùn)行，提高運(yùn)行效率，并且能保證互不干擾，當(dāng)然這個(gè)需要依賴(lài)Memory Protection Unit (MPU)。TC3xx/TC4xx有多達(dá)6個(gè)CPU內(nèi)核，且每個(gè)CPU都支持Memory Protection Unit (MPU)。以TC3xx為例，每個(gè)CPU內(nèi)核都6組保護(hù)設(shè)置，每組保護(hù)設(shè)置有18個(gè)數(shù)據(jù)保護(hù)區(qū)，10個(gè)代碼保護(hù)區(qū)。當(dāng)配置代碼數(shù)據(jù)和代碼保護(hù)區(qū)后，其他CPU將無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)這些區(qū)域。另外考慮一個(gè)CPU中運(yùn)行操作系統(tǒng)的情況，當(dāng)有多個(gè)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行時(shí)，可以給每個(gè)任務(wù)分配一組保護(hù)設(shè)置，這樣可以做到任務(wù)之間數(shù)據(jù)和代碼的隔離。
Figure 8: TC3xx/TC4xx MPU
另外區(qū)域控制器中的各項(xiàng)功能也會(huì)使用不同的MCU外設(shè)通道，也需要對(duì)外設(shè)進(jìn)行很好的隔離。在TC3xx/TC4xx中每個(gè)外設(shè)通道都有訪(fǎng)問(wèn)保護(hù)（Access Protection），其實(shí)現(xiàn)的原理是給每個(gè)SRI總線(xiàn)master分配一個(gè)master tag ID， 每個(gè)外設(shè)通道都可以設(shè)置允許哪些master可以訪(fǎng)問(wèn)該通道。通過(guò)這些方式可以把不同的外設(shè)分配給不同的內(nèi)核進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，從而保證其他內(nèi)核不會(huì)非法去控制不是屬于該內(nèi)核的資源。
● 虛擬化技術(shù)
中央集中式的架構(gòu)對(duì)于研發(fā)團(tuán)隊(duì)的組織架構(gòu)影響也是巨大的，在未來(lái)的區(qū)域控制器中可能整合了多種ECU功能，而原來(lái)開(kāi)發(fā)這些功能的研發(fā)人員可能來(lái)自不同的團(tuán)隊(duì)，那么就會(huì)面臨幾個(gè)問(wèn)題：
- 如何協(xié)調(diào)這些研發(fā)人員開(kāi)發(fā)區(qū)域控制器？需要考慮這些研發(fā)人員以前使用的開(kāi)發(fā)環(huán)境（如操作系統(tǒng)，編譯器，調(diào)試器等）可能是不一樣的。
- 如何重用以往項(xiàng)目中的軟件？
- 如何讓這些研發(fā)人員同步開(kāi)發(fā)而且相互之間沒(méi)有干擾？
舉一個(gè)例子（不一定符合實(shí)際情況），現(xiàn)在要開(kāi)發(fā)一個(gè)區(qū)域控制器（放在左車(chē)身域），這個(gè)區(qū)域控制器至少要實(shí)現(xiàn)左邊車(chē)身域的I/O控制和檢測(cè)（類(lèi)似以前的BCM功能），作為車(chē)身的一個(gè)網(wǎng)關(guān)（Gateway），還要作為左車(chē)身域配電中心（Power Distribution），最后可能還要考慮能夠?qū)τ趻燧d在它上面的各個(gè)ECU進(jìn)行固件升級(jí)（OTA）。假設(shè)原來(lái)BCM和網(wǎng)關(guān)的軟件是不同兩個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，他們用的OS也是不一樣的，現(xiàn)在想重用以前的BCM和Gateway的軟件，然后重新開(kāi)發(fā)左車(chē)身域配電中心和對(duì)各個(gè)ECU進(jìn)行固件升級(jí)的功能。那么如何才能高效的完成這個(gè)項(xiàng)目？
虛擬機(jī)（VM, Virtual Machine）完美地解決了這些問(wèn)題。虛擬機(jī)是一種通過(guò)模擬物理機(jī)來(lái)封裝和執(zhí)行其他軟件的軟件。被執(zhí)行的軟件可以是一個(gè)單一的程序，也可以是一個(gè)完整的操作系統(tǒng)，按照通常的方式執(zhí)行任務(wù)。Hypervisor是一個(gè)中間軟件層，用于在虛擬機(jī)之間劃分處理、內(nèi)存和通信資源，并將同時(shí)運(yùn)行的虛擬機(jī)調(diào)度和遷移到不同的資源上。虛擬化的一個(gè)主要用途是整合需要不同操作系統(tǒng)，以及相同操作系統(tǒng)的不同版本的ECU功能。
從微觀(guān)上來(lái)講，每個(gè)CPU內(nèi)核支持多個(gè)vm（例如vm0~vm7），各個(gè)虛擬機(jī)之間實(shí)際上是對(duì)CPU進(jìn)行分時(shí)復(fù)用，每個(gè)虛擬機(jī)之間可以用Level 2的MPU進(jìn)行數(shù)據(jù)和代碼的隔離。從宏觀(guān)上來(lái)講，每個(gè)功能可以由一個(gè)VM來(lái)實(shí)現(xiàn)，而每個(gè)VM實(shí)際都對(duì)應(yīng)一個(gè)或者多個(gè)CPUx.vmy。
以上述區(qū)域控制器為例，BCM功能用VM1來(lái)實(shí)現(xiàn) (假設(shè)原來(lái)是用一個(gè)三核MCU做的)，Gateway功能用VM2來(lái)做(假設(shè)原來(lái)也是用一個(gè)三核MCU做的)，VM3則實(shí)現(xiàn)區(qū)域配電功能，VM4實(shí)現(xiàn)OTA功能。VM1實(shí)際會(huì)包含cpu0.vm1, cpu1, vm1, cpu2.vm1，而VM2實(shí)際會(huì)包含cpu0.vm2, cpu1.vm2, cpu2.vm2, VM3用CPU3.VM1，VM4用CPU3.vm2。這樣，VM1和VM2依然還是可以重用以前的軟件（盡管以前用的是老版本的AUTOSAR軟件和操作系統(tǒng)），而新開(kāi)發(fā)的功能VM3和VM4則可以用新的AUTOSAR版本。這些虛擬機(jī)之間用Hypervisor進(jìn)行管理和調(diào)用，實(shí)際上每個(gè)CPU的vm0就是運(yùn)行在Hypervisor模式，用于調(diào)度每個(gè)CPU的虛擬機(jī)，而所有CPU的vm0集合就是宏觀(guān)上所說(shuō)的Hypervisor模式。
Figure 9: Hypervisor Example
除此之外，各個(gè)外設(shè)通道也可以設(shè)置各自的訪(fǎng)問(wèn)保護(hù)（Access Protection），每個(gè)外設(shè)通道都可以設(shè)置允許哪些VM可以訪(fǎng)問(wèn)該通道，從而做到VM之間的資源訪(fǎng)問(wèn)隔離。
TC4xx MCU所使用的是TC1.8 TriCore?內(nèi)核，支持虛擬機(jī)。每個(gè)內(nèi)核支持8個(gè)VM (VM0~VM7)，它支持3套獨(dú)立CPU內(nèi)核寄存器，VM0和VM1各獨(dú)占1套，VM2~VM7共享另外1套內(nèi)核寄存器，因此從VM0或者VM1到其他VM可以快速切換。
Figure 10: Hypervisor Example
4 OTA
中央集中式的架構(gòu)會(huì)使硬件平臺(tái)變得統(tǒng)一化，包含控制器，傳感器，執(zhí)行器和各種接口，不同功能的實(shí)現(xiàn)全由運(yùn)行在各種硬件平臺(tái)上軟件進(jìn)行區(qū)分，從而真正實(shí)現(xiàn)“軟件定義汽車(chē)”。未來(lái)的區(qū)域控制器是車(chē)上某個(gè)區(qū)域的樞紐，它需要能夠?qū)燧d在它上面各種ECU，傳感器，執(zhí)行器的軟件進(jìn)行更新，除此之外它還需要能夠?qū)ψ陨淼能浖M(jìn)行更新。
TC3xx/TC4xx MCU都可以實(shí)現(xiàn)無(wú)感OTA，即TC3xx/TC4xx MCU有兩個(gè)獨(dú)立Bank的Flash, 當(dāng)程序運(yùn)行在其中一個(gè)Bank的Flash時(shí)，可以把更新的程序?qū)懭肓硗庖粋€(gè)Bank，在這個(gè)寫(xiě)入過(guò)程中，自身的程序的運(yùn)行不會(huì)受到影響。
另外TC3xx/TC4xx MCU可以支持EMMC接口，最高訪(fǎng)問(wèn)速度可達(dá)400Mbps，可以把其他ECU或者傳感器的更新固件放在外接的EMMC存儲(chǔ)器中，等到合適的時(shí)機(jī)，再對(duì)其他ECU或者傳感器進(jìn)行程序升級(jí)。
5 功能安全
隨著車(chē)輛功能的復(fù)雜性增加，由于EE系統(tǒng)的故障而導(dǎo)致的不安全行為的可能性大大增加。這迫使OEM廠(chǎng)商嚴(yán)格按照安全標(biāo)準(zhǔn)來(lái)開(kāi)發(fā)車(chē)輛。目前，汽車(chē)EE架構(gòu)事實(shí)上的功能安全標(biāo)準(zhǔn)是ISO26262。
TC2xx/TC3xx/TC4xx都可以達(dá)到ISO26262 ASIL D的功能安全等級(jí)。英飛凌的質(zhì)量管理體系秉承“零缺陷”的文化理念，在研發(fā)AURIX? MCU產(chǎn)品過(guò)程中擁有一支專(zhuān)業(yè)的功能安全開(kāi)發(fā)和管理團(tuán)隊(duì)，參與MCU設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證中的各個(gè)流程。英飛凌不僅可以提供ASIL D功能安全等級(jí)的MCU產(chǎn)品，同時(shí)還可以提供完整的功能安全文檔（如安全手冊(cè)，F(xiàn)MEDA表格等）以及安全軟件庫(kù) (Safety Library)。
Figure 11: AURIX? Safety Cornerstones
TC3xx系列MCU是全球第一個(gè)獲得ISO26262-2018證書(shū)的MCU產(chǎn)品。
Figure 12: TC3xx ISO26262-2018 Certification
6 信息安全
網(wǎng)聯(lián)化是實(shí)現(xiàn)未來(lái)中央集中式EE架構(gòu)的基礎(chǔ)，萬(wàn)物互聯(lián)給用戶(hù)帶來(lái)便利的同時(shí)，也同時(shí)會(huì)給傳統(tǒng)汽車(chē)帶來(lái)安全隱患。在中央集中式EE架構(gòu)以以太網(wǎng)作為骨干網(wǎng)絡(luò)，中央處理單元和區(qū)域控制器通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，區(qū)域控制器則通過(guò)CAN/LIN總線(xiàn)和子ECU，傳感器以及執(zhí)行器通信。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，任何一個(gè)ECU/傳感器/執(zhí)行器都可以用OTA進(jìn)行升級(jí)，在這個(gè)過(guò)程中，如果升級(jí)的固件在傳輸?shù)倪^(guò)程中被黑客非法篡改，那么將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。這個(gè)就要求區(qū)域控制器可以支持加密傳輸，簽名，驗(yàn)簽，安全啟動(dòng)等功能。
TC3xx MCU內(nèi)部的Full EVITA HSM模塊，包含ARM Cotex-M3的處理器，AES加速引擎， PKC模塊和Hash模塊。AES加速引擎支持AES128算法（對(duì)稱(chēng)加密算法），PKC支持ECC256（非對(duì)稱(chēng)加密算法），SHA256，和真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器。
Figure 13: TC3xx HSM
另外我們的第三方合作伙伴也可以提供符合AUTOSAR規(guī)范的HSM商用軟件。
Figure 14: TC3xx HSM Software
TC4xx MCU會(huì)使用全新的Cyber security realtime module (CSRM)作為可信硬件環(huán)境，其中包含最高500MHz Tricore 1.8內(nèi)核，PKC模塊，TRNG和CSS模塊，其性能比TC3xx HSM提升5~15倍，更重要的是TC4xx MCU CSRM不僅支持EVITA Full, 而且兼容ISO21434規(guī)范。另外TC4xx CSRM除了支持原來(lái)TC3xx HSM中的算法之外，還支持SM2/3/4國(guó)密算法。
Figure 15: TC4xx CSRM
7 低功耗
隨著電子化程度的推進(jìn)，高功率及高算力芯片使用率的提升，整車(chē)負(fù)載的用電需求量也在不斷提高。功耗問(wèn)題處理不好，尤其對(duì)新能源車(chē)來(lái)說(shuō)，會(huì)直接影響其續(xù)航里程、成本和客戶(hù)體驗(yàn)。如何一方面滿(mǎn)足功能需求，同時(shí)將功耗降到最低，除了系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的優(yōu)化外，在元器件選型時(shí)也要關(guān)注不同模式下的功耗指標(biāo)。
TC3xx/TC4xx MCU把供電域分為主供電域（Power-On Domain）和休眠域兩部分（Standby Domain）。主供電域由Vext提供電源，休眠域由Vevrsb提供電源，Vext和Vevrsb可以接在一起，也可以分成兩個(gè)獨(dú)立電源供電。當(dāng)MCU進(jìn)入休眠模式后，主供電域關(guān)閉，休眠域持續(xù)工作。在休眠域中有一個(gè)休眠控制器（SCR, Standby Controller），它主要以8位的8051內(nèi)核構(gòu)成，也可以進(jìn)行編程，這樣就極大得提高了在休眠模式下對(duì)于喚醒模式設(shè)置的靈活性。下表是SCR的基本資源和休眠模式功耗情況：
Figure 16: SCR/Standby Current
8 延續(xù)性考慮
在OEM或者Tier-1進(jìn)行區(qū)域控制器主控MCU選型時(shí)除了產(chǎn)品本身符合應(yīng)用需求之外，一般還需要考慮研發(fā)時(shí)間和成本。MCU是ECU中最復(fù)雜的半導(dǎo)體器件，研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要花很長(zhǎng)時(shí)間才能熟悉一個(gè)MCU平臺(tái)。目前TC3xx MCU產(chǎn)品已經(jīng)在國(guó)內(nèi)多家OEM的區(qū)域控制器中得到廣泛的應(yīng)用，這類(lèi)區(qū)域控制器目前主要還是負(fù)責(zé)車(chē)身部分的控制。TC4xx MCU對(duì)于TC3xx MCU有很好的兼容性考慮，主要有下面因素：
● 開(kāi)發(fā)速度：
TC3xx是基于TC1.6.2內(nèi)核，而TC4xx是基于TC1.8內(nèi)核，TC1.8兼容TC1.6.2。TC4xx的開(kāi)發(fā)環(huán)境和TC3xx完全一樣（編譯器，調(diào)試器等），如果研發(fā)工程師已經(jīng)熟悉TC3xx開(kāi)發(fā)環(huán)境，那么對(duì)于TC4xx可以迅速上手。
● 軟硬件兼容：
TC4xx和TC3xx大部分外設(shè)資源都保持一致，引腳分配也保持很大部分的兼容性。因此，硬件工程師可以沿用大部分之前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，軟件工程師可以沿用各個(gè)外設(shè)模塊的理解，無(wú)需再學(xué)習(xí)一遍。對(duì)于相同部分的外設(shè)資源，MCAL部分的配置也是保持不變的。
● 安全概念：
TC4xx沿用了大部分TC3xx的安全概念，例如CPU鎖步，F(xiàn)lash/RAM ECC保護(hù)，電源和時(shí)鐘檢測(cè)等。因此，對(duì)于功能安全開(kāi)發(fā)部分，如果之前是基于TC3xx MCU進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，TC4xx也可以沿用大部分的功能安全開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)理念。
● 可靠性：
TriCore?內(nèi)核推出至今已經(jīng)有20年以上的時(shí)間，被多家OEM廣泛使用。TC3xx/TC4xx MCU中的很多外設(shè)模塊也是很老的IP模塊，經(jīng)過(guò)20多年的迭代和更新，目前已經(jīng)變得非常穩(wěn)定和可靠。
Figure 17: TC3xx to TC4xx Synergies
參考文獻(xiàn)
兩萬(wàn)字解讀從分散到集中式汽車(chē)E/E架構(gòu)動(dòng)機(jī)與挑戰(zhàn)
區(qū)域控制器在新架構(gòu)中的作用有哪些
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