Der auf der CES 2020 in Las Vegas angekündigte S32G-Prozessor von NXP Semiconductor, der die Netzwerkleistung des Fahrzeugs um den Faktor zehn erhöhen soll und funktionale Sicherheit bis zum Level ASIL D für das autonome Fahren unterstützt, ermöglicht service-orientierte Gateways für die schnelle Bereitstellung neuer Funktionen Over-the-Air (OTA) sowie Edge-to-Cloud-Analytik – und zwar auf hohem Security-Level. Damit ist es NXP gelungen, erstmals die Funktionalitäten von bisher mindestens zwei Chips (Netzwerk-Prozessor und Automotive-MCU) auf einem Stück Silizium zu vereinen, das der Hersteller mit einstelligen ppm-Raten fertigen will.

Mit Hilfe von TSN steuert NXP beim S32G-Prozessor das Zusammenspiel zwischen der asynchronen Ethernet-Welt und der synchronen klassischen Automotive-Welt, inklusive ASIL-D und Security.

Mithilfe von TSN steuert NXP beim S32G-Prozessor das Zusammenspiel zwischen der asynchronen Ethernet-Welt und der synchronen klassischen Automotive-Welt. NXP

„Der S32G ist ein ganz neuer Typus eines Automotive-Prozessors, in dem NXP das Beste aus zwei Welten vereint“, betont Frank Kitzing, Product Manager Automotive Microcontrollers and Processors für die Gateway & Security Product Line von NXP, im Gespräch mit all-electronics. „Der 32G verbessert die Netzwerkleistung des Fahrzeugs um den Faktor zehn und erfüllt die Safety-Anforderungen an die funktionale Sicherheit bis zum Level ASIL-D für das autonome Fahren. Gleichzeitig erleichtert das neue IC den Wechsel zu einfacheren, domänen- und zonenbasierten Fahrzeugarchitekturen – zumal wir den Kunden eine Referenz-Systemlösung zur Verfügung stellen.“

NXP zufolge stellt die Einführung des S32G „einen neuen Meilenstein bei der Entwicklung und Implementierung von Fahrzeugarchitekturen“ dar, wobei das jüngste Produkt der S32-Prozessorenfamilie nicht nur den Wandel zu leistungsstarken und domänenbasierten Fahrzeugarchitekturen vorantreiben sondern gleichzeitig auch die Komplexität der Software verringern und die Sicherheit verbessern soll. „Der S32G wird bereits von führenden Automobilherstellern implementiert und kommt in service-orientierten Gateways zum Einsatz, die den Wandel vom Fahrzeugproduzenten zum Datenunternehmen unterstützen“, erklärt Frank Kitzing.

Der Weg zur zonen- und domänenbasierten Architektur

Frank Kitzing (NXP): „Der S32G ist ein ganz neuer Typus eines Automotive-Prozessors, in dem NXP das Beste aus zwei Welten vereint: für zonen- und domänenbasierte Fahrzeugarchitekturen.“

Frank Kitzing (NXP): „Der S32G ist ein ganz neuer Typus eines Automotive-Prozessors, in dem NXP das Beste aus zwei Welten vereint.“ NXP

Zukünftige Generationen von vernetzten Fahrzeugen erfordern einen radikalen Wandel in Sachen Leistung und Sicherheit, um datengetriebene Funktionen umzusetzen. Wie beispielsweise Audi dieses Thema angeht, hat Dr. Thomas M. Müller im Exklusiv-Interview ausführlich erläutert, und dass dieses Thema die Branche wirklich beschäftigt, beweist schon die Tatsache, dass dieses Interview unter den Top 10 der meistgeklickten Beiträge auf all-electronics im Jahr 2019 gelistet ist.

„Der Prozessor S32G hebt die Vernetzung von Fahrzeugen auf ein neues Niveau, da er für eine sichere Datenübertragung sorgt und sicherheitsrelevante Anwendungen vor Angriffen schützt“, hebt Frank Kitzing hervor. „Er ist die weltweit erste Integration von klassischen MCUs mit leistungsstarken, ASIL-D-fähigen Anwendungsprozessoren sowie mit Funktionen für die Netzwerkbeschleunigung.“ Dadurch verfüge er über einen deutlich höheren Funktionsumfang als bisher möglich.

Die Entwicklung zu autonom fahrenden, vernetzten und elektrifizierten Fahrzeugen erlaubt bekanntlich eine Vielzahl an datenbasierten Dienstleistungen, sodass viele OEMs quasi einen App-Store auf Rädern anpeilen. Nutzungsabhängige Versicherungen, Überwachung des Fahrzeugzustands im Rahmen der Predictive Maintenance und Flottenmanagement-Dienste für Gewerbetreibende sind nur einige der Ideen, die die Automobilhersteller derzeit intensiv diskutieren, und mit den Prozessoren von NXP soll dies jetzt nach Angaben von Frank Kitzing ermöglicht werden. Auch komplexere Szenarien wie beispielsweise eine Erhöhung der Motorleistung ausschließlich per OTA-Update, bei der natürlich auch die Kfz-Versicherung entsprechend umgestellt werden muss, sollen damit möglich werden.

S32G: Mehr als ein Netzwerkprozessor

Der Prozessor S32G soll die Vernetzung von Fahrzeugen auf ein neues Niveau heben, da er für eine sichere Datenübertragung sorgt und sicherheitsrelevante Anwendungen vor Angriffen schützt

Der Single-Chip-Prozessor S32G soll die Vernetzung von Fahrzeugen auf ein neues Niveau heben, da er für eine sichere Datenübertragung sorgt und sicherheitsrelevante Anwendungen vor Angriffen schützt, mit Security, Safety, OTA für zonen- und domänenbasierte Architekturen. NXP

„Der S32G ist mehr als ein Netzwerkprozessor, denn er unterstützt die neuesten ADAS-Anwendungen und stellt sichere Kommunikationsfunktionen bereit, die die vollständige Vernetzung des Fahrzeugs ermöglichen“, betont Frank Kitzing. Bernd Augustin, Director ECU Development Autonomous Driving bei Audi, liefert bereits eine erste Rückmeldung aus der Praxis eines OEMs: „Die einmalige Kombination aus Netzwerk-, Leistungs- und Sicherheitsfunktionen des S32G-Prozessors ist ideal für den Einsatz auf unseren ADAS-Domain-Controllern der nächsten Generation.“

S32G von NXP

– ASIL D
– Security durch Hardware Security Engine
– Single-Chip
– ARM-Cortex A53-Kerne
– Lockstep-Modus
– OTA-Unterstützung
– Edge-to-Cloud-Analytik möglich
– Verfügbar als S32G274A
– Skalierbare Produktfamilie
– Teil einer Systemlösung

Die S32-Prozessoren von NXP verfolgen in ihrer Architektur diverse neue Ansätze, die es den OEMs ermöglichen sollen, neue Fahrerlebnisse und automatisierte Fahrfunktionen viel schneller als bisher auf den Markt zu bringen. Mithilfe von TSN steuert NXP das Zusammenspiel zwischen der asynchronen Ethernet-Welt und der synchronen klassischen Automotive-Welt. Dabei hat NXP konsequent eine Server-Client-Struktur umgesetzt, bei der ein Client immer dann Infos bekommt, wenn sich etwas geändert hat, während zum Beispiel bei CAN auch ohne Veränderung im 100-ms-Takt stets die gleichen Signale anliegen.

Die S32-Prozessorfamilie bietet eine einheitliche MCU/MPU-Architektur mit anwendungsspezifischer Hardwarebeschleunigung und Schnittstellen, unterstützt von einer einheitlichen Softwareumgebung über das gesamte Anwendungsspektrum. So können Unternehmen Forschungs- und Entwicklungsbausteine wiederverwenden und dadurch schneller auf veränderte Fahrzeug-Architekturen und Time-to-Market-Anforderungen reagieren. „NXP hat die S32-Plattform speziell für die hohen Qualitätsanforderungen in der Automobilindustrie entwickelt – und zwar so, dass sie höchste Zuverlässigkeit und ASIL-D-Performance für unterschiedlichste Anwendungsbereiche im Fahrzeug gewährleistet“, führt Frank Kitzing weiter aus.

Die wichtigsten Eigenschaften des Netzwerkprozessors S32G

Fahrzeug-Netzwerkprozessor S32G von NXP: ASIL-D, Hardware Security Engine, Single-Chip, ARM-Cortex A53-Kerne, Lockstep-Modus, OTA- und Edge-to-Cloud-Unterstützung, Verfügbar als S32G274A, Skalierbare Produktfamilie und Teil einer Systemlösung

„Der S32G ist mehr als ein Netzwerkprozessor, denn er unterstützt die neuesten ADAS-Anwendungen und stellt sichere Kommunikationsfunktionen bereit, die die vollständige Vernetzung des Fahrzeugs ermöglichen“ (Frank Kitzing, NXP). NXP

Die Prozessoren des Typs S32G bieten ASIL-D-konforme MCU– und MPU-Performance in Kombination mit anwendungsspezifischer Hardwarebeschleunigung. Damit ermöglichen sie Dienstleistungen mit deterministischer Netzwerk-Performance, die Automobilhersteller benötigen, um die Datenverfügbarkeit in den komplexen Echtzeitumgebungen der Fahrzeuge von morgen zu realisieren.

Wie alle anderen S32-Prozessoren von NXP unterstützt auch der S32G das höchste Security-Niveau, das zurzeit in der Automobilindustrie möglich ist. Dazu gehört eine Public-Key-Infrastruktur (PKI) sowie eine integrierte Hardware Security Engine (HSE). Die Firewall-geschützte HSE unterstützt den sicheren Bootvorgang, bietet Systemsicherheitsdienste und schützt vor physischen Angriffen. Wenn die Firewall zum Beispiel Angriffsmuster erkennt, dann kann sie diese Infos bei Bedarf zur weiteren Analyse an ein Cloud-Backend weiterleiten.

Auch den zweiten Aspekt des deutschen Wortes Sicherheit, die ja sowohl Security als auch Safety umfasst, deckt NXPs S32G-Prozessor ab, denn er ist ASIL-D-konform – unter anderem dank seiner Mikrocontroller-Kerne des Typs ARM-Cortex-M7 und der „branchenweit ersten Möglichkeit, Cluster von ARM-Cortex-A53-Anwendungskernen im Lockstep zu betreiben“. In der Praxis heißt das, dass beim S32G erstmals nicht nur die Controller- sondern auch die Prozessor-Seite im Lockstep-Betrieb läuft. So unterstützt er die Safety (Betriebs- und Funktionssicherheit) und bietet gleichzeitig ein ganz neues Leistungsniveau mit High-Level-Betriebssystemen und größerer Speicherkapazität.

Mit dem S32G274A hat NXP den ersten Prozessor der S32G-Familie vorgestellt

Mit dem S32G274A hat NXP den ersten von vier Prozessoren der S32G-Familie vorgestellt, der jetzt als Testmuster erhältlich ist. NXP

Mit dem S32G274A hat NXP jetzt den ersten von vier Prozessoren der S32G-Familie vorgestellt, der jetzt als Testmuster erhältlich ist. Zusammen mit Partnern unterstützt der Halbleiterhersteller die Anwender bei der Implementierung durch Software, Tools und Systemsupport. Die einzelnen Bausteine dieser Chipfamilie unterscheiden sich in der Verarbeitungsleistung der implementierten General-Purpose-Prozessoren – und zwar so, dass die S32G-Familie service-orientiert durchskalierbar ist.

S32G als Teil einer Systemlösung

Gleichzeitig stellte NXP auf der CES 2020 unter der Bezeichnung SJA1110 auch einen sicheren Automotive-Ethernet-Switch vor, der für die Integration mit S32G-Prozessoren optimiert ist. Der SJA1110 entspricht den neusten TSN-Standards und bietet integrierte 100-base-T1-PHYs, hardwaregestützte Safety- und Security-Funktionen sowie Multigigabit-Schnittstellen inklusive 20 CAN-(FD)- und vier GBit-Ethernet-Schnittstellen sowie PCI-Express-Gen-3-Interfaces zum Anschluss von SSDs. Frank Kitzing betont die Systemlösung: „Die Kombination aus dem Prozessor S32G, dem SJA1110-Switch und dem VR5510-Power-Management adressiert die größten Herausforderungen, denen Entwickler bei der Vernetzung von Fahrzeug heute gegenüberstehen – einschließlich der Skalierbarkeit, Safety- und Security-Fragen sowie der Verwaltung von High-Speed-Datenverkehr.“