Wie Echtzeitprozessoren neue Fahrzeugarchitekturen voranbringen

Automobilhersteller stehen mit ihren Fahrzeugarchitekturen vor großen Herausforderungen, da diese immer komplexer und unübersichtlicher werden. Außerdem wollen sie ihre Innovationszyklen beschleunigen und intelligente Safety- und Funktionserweiterungen unterstützen.

Die NXP S32-Automobilplattform steht im Mittelpunkt dieser elektrischen/elektronischen (E/E) Konsolidierung – logisch, physisch und manchmal auch in einer Kombination aus beidem. Bei der logischen Konsolidierung werden die Funktionen in Domänen organisiert, während bei der physischen Konsolidierung die Funktionen auf der Grundlage ihrer Position im Fahrzeug in Zonen eingeteilt werden.

Die S32G-Prozessoren von NXP ermöglichen bereits jetzt die Vernetzung von Fahrzeugen in serviceorientierten Gateways, während S32K-Mikrocontroller für die Fernsteuerung und die zonale Steuerung im Bereich Karosserie und Komfort eingesetzt werden. Mit der zunehmenden Konsolidierung der Steuergeräte bei gleichzeitiger Leistungssteigerung besteht jedoch noch mehr Bedarf nach höherer Leistung, um die deterministischen Anforderungen softwaredefinierter Fahrzeugsteuerungsanwendungen in Echtzeit zu erfüllen.

End-To-End-Konsolidierung mit S32Z- und S32E-Echtzeitprozessoren

Die kürzlich eingeführten NXP S32Z- und S32E-Prozessoren erweitern die S32-Automobilplattform und bieten sichere, leistungsstarke Echtzeitverarbeitung für Safety-, Steuerungs- und Antriebsanwendungen. Besonders attraktiv für Automobilhersteller: Eine Kombination der S32Z-, S32E-, S32G- und S32K-Serien ermöglicht durchgängige Fahrzeugdomänen- und Zonenarchitekturen mit gemeinsamer Software und gemeinsamen Tools. NXP bietet eine skalierbare, kompatible Echtzeit-Roadmap, die sich bis zur 5 nm-Technologie erstreckt, um das konsolidierte und softwaredefinierte Fahrzeug der Zukunft zu entwickeln.

Die skalierbaren S32Z- und S32E-Prozessoren von NXP eignen sich für den Einsatz in Antriebssteuerung, Elektrifizierung und Safety-Anwendungen und bieten eine Rechenleistung im Gigahertz-Bereich sowie Möglichkeiten zur Systemintegration und Speichererweiterung, die über die heutigen Mikrocontroller (Micro Control Units, MCU) im Automobilbereich weit hinausgehen. Die S32Z-Prozessoren sind auf ein sicheres Hosting isolierter Echtzeit-Anwendungen ausgerichtet. Die S32E-Prozessoren sind softwarekompatibel und bieten zusätzlich 5V-Analog- und E/A-Anschlüsse. Mit der integrierten Aktuatorunterstützung verhilft die S32E-Systemlösung Entwicklern zu deutlichen Kosten- und PCB-Einsparungen. Bild 2 zeigt die Beziehung zwischen den softwarekompatiblen S32Z- und S32E-Prozessoren.

Die S32Z und S32E-Prozessoren verfügen über acht Arm® Cortex®-R52-Prozessorkerne mit einer Taktfrequenz von bis zu 1 GHz und Split-Lock-Unterstützung sowie Dual-Core-Lockstep-Arm-Cortex-M33-Prozessorkerne für das Systemmanagement. Ein digitaler Fließkomma-Vektor-Signalprozessor (DSP) unterstützt anspruchsvolle mathematische Berechnungen, prädiktive Steuerungsalgorithmen und maschinelles Lernen. Die vielseitige, leistungsstarke Verarbeitung ermöglicht Fahrzeuginnovationen, die mit MCU nicht möglich sind.

Mit der „Core-to-Pin“-Hardwarevirtualisierung isolieren die Prozessoren unabhängige Anwendungen, implementieren Speicher- und Peripherie-Hardware-Firewalls und sichert die Quality of Service (QoS). Das sorgt für Störungsfreiheit und gewährleistet eine einzigartige Fehlerkorrektur für jede isolierte Anwendung, so dass der Betrieb ohne Chip-Reset fortgesetzt werden kann. Dies ist für die Steuergerätekonsolidierung von entscheidender Bedeutung und ermöglicht zudem eine parallele Anwendungsentwicklung vor der Integration.

Mit bis zu 64 MB integriertem nichtflüchtigem Speicher sowie dem LPDDR4 DRAM/Flash-Erweiterungsspeicher unterstützen die S32Z und S32E-Prozessoren Execute-in-Place (XiP), große Over-the-Air (OTA)-Updates ohne Ausfallzeiten und AUTOSAR Adaptive Platform-Anwendungen. Dies ermöglicht die Unterstützung größerer, komplexerer Echtzeitanwendungen und zukünftiges Wachstum, das mit MCUs nach derzeitigem Stand nicht möglich wäre.

Mit den S32Z und S32E-Prozessoren kann die Automobilindustrie die Integration unterschiedlicher Echtzeitanwendungen beschleunigen. Sie können beispielsweise zur Implementierung einer Antriebssteuerung verwendet werden, in der das Batteriemanagementsystem (Battery Management System, BMS), das Motormanagementsystem (Engine Management System, EMS), die Wechselrichtersteuerung und die Steuerung der Leistungsumwandlung zusammengeführt werden (siehe Bild 3). In einer Echtzeit-Zonensteuerungsanwendung können sie Fahrzeugdynamik, Bremsen, Lenkung und Motorsteuerung innerhalb von Zonen konsolidieren. Eine weitere Schlüsselanwendung ist die Verarbeitung von sicherheitsrelevanten Informationen in Echtzeit, z. B. in fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystemen (Advanced Driver Assistance Systen, ADAS) und beim autonomen Fahren.

Der S32Z und der S32E verfügen wie alle anderen S32-Prozessoren der Automobilplattform über eine leistungsstarke Hardware Security Engine (HSE). Der mit einer Firewall ausgestattete HSE ist der „Root-of-Trust“, der sicheres Booten, Sicherheitsdienste und Schlüsselverwaltung mit Schutz vor Seitenkanalattacken unterstützt. Die Prozessoren sind nach ISO/SAE 21434 für Cybersicherheit zertifiziert.

Entwickelt für funktionale Sicherheit nach ASIL D

Die S32Z- und S32E-Prozessoren bieten Fehlertoleranz mit Fail-Operational-Unterstützung für hohe Verfügbarkeit über mehrere Anwendungen hinweg und sind für funktionale Sicherheitssysteme nach ISO 26262 ASIL D zertifiziert.

S32Z und S32E ermöglichen schnellere Innovationszyklen

Wie die anderen Prozessoren der S32-Automotive-Plattform sind auch die neuen S32Z- und S32E-Prozessoren mit Hardware und Software für Evaluierung, Entwicklung und Rapid-Prototyping ausgestattet. Die GreenBox 3-Entwicklungsplattform unterstützt die Softwareentwicklung und das Rapid-Prototyping in zahlreichen Echtzeit-Anwendungsfällen. Das komplette Out-of-the-Box-System umfasst zudem anspruchsvolle Steuerungsanwendungen, einschließlich Beispielcode, PMICs, Ethernet-Switch und -Transceiver sowie CAN-Transceiver.

Eine breite Palette an Software und Tools, einschließlich der S32Z und S32E Vehicle Integration Platform (GreenVIP), bringt einen erheblichen Mehrwert, beschleunigt Evaluierung, Entwicklung sowie Proof-of-Concept und verkürzt die Markteinführungszeit. Darüber hinaus verfügt NXP über ein breit gefächertes und wachsendes Partner-Ökosystem, das die Kunden bei der Beschleunigung ihrer Entwicklungen unterstützt.

Weitere Informationen finden Sie unter www.nxp.com/S32Z-E.