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芯馳E3119/E3118 車規(guī)MCU：面向區(qū)域控制器應(yīng)用

02/13 07:23
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在軟件定義汽車、智能化、電動(dòng)化趨勢(shì)下，智能車控領(lǐng)域?qū)τ诟咝阅?、高可靠車?guī)MCU芯片有了更高的需求。芯馳科技E3系列是面向最新一代電子電氣架構(gòu)打造的智能車控產(chǎn)品，以完善的產(chǎn)品布局，覆蓋區(qū)域控制、車身控制、電驅(qū)、BMS電池管理、智能底盤、ADAS智能駕駛等核心應(yīng)用領(lǐng)域，目前出貨量達(dá)數(shù)百萬(wàn)片，已在近40款主流車型上量產(chǎn)。

在2024年4月北京國(guó)際汽車展覽會(huì)上，芯馳發(fā)布了面向新一代區(qū)域控制器（Zonal Controller Unit）的全系列協(xié)同解決方案。該系列產(chǎn)品家族全面覆蓋I/O豐富型ZCU芯片、控制融合型ZCU芯片和計(jì)算密集型ZCU芯片，分別面向車身控制、車身+底盤+動(dòng)力跨域融合，以及超級(jí)動(dòng)力域控等區(qū)域E/E架構(gòu)中的核心應(yīng)用場(chǎng)景。

新一代區(qū)域控制器協(xié)同解決方案產(chǎn)品價(jià)值

1.1 區(qū)域控制器產(chǎn)品價(jià)值

近年來(lái)，隨著整車電子電氣架構(gòu)的變革不斷展開，區(qū)域控制器作為架構(gòu)演進(jìn)的核心組件，具備多重產(chǎn)品價(jià)值：

  • 架構(gòu)優(yōu)化和成本降低
    集中化管理：將傳統(tǒng)分散的ECU（電子控制單元）功能集成到少數(shù)區(qū)域控制器中，大幅減少整車線束長(zhǎng)度（如特斯拉Model 3線束縮短至1.5公里，比傳統(tǒng)車型減少80%），降低物料成本和裝配復(fù)雜度。
    輕量化與空間優(yōu)化：減少線束和ECU數(shù)量可降低車身重量（對(duì)電動(dòng)車續(xù)航提升顯著），同時(shí)釋放車內(nèi)空間，提升設(shè)計(jì)靈活性。
  • 模塊化的可擴(kuò)展性
    跨車型平臺(tái)復(fù)用：支持模塊化設(shè)計(jì)，不同車型共享同一區(qū)域控制器架構(gòu)，縮短研發(fā)周期，降低開發(fā)成本。
    接口標(biāo)準(zhǔn)化：提供統(tǒng)一接口支持傳感器、執(zhí)行器的即插即用，便于未來(lái)功能擴(kuò)展（如新增自動(dòng)駕駛傳感器或5G模塊）
  • 智能化與OTA升級(jí)
    軟件定義汽車（SDV）基礎(chǔ)：集中式數(shù)據(jù)處理能力支持復(fù)雜算法（如自動(dòng)駕駛決策），并為OTA升級(jí)提供統(tǒng)一入口，用戶可遠(yuǎn)程獲取新功能（如特斯拉通過(guò)OTA提升續(xù)航）。
    數(shù)據(jù)整合與AI應(yīng)用：集中采集車輛數(shù)據(jù)，賦能智能診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)及用戶行為分析，挖掘數(shù)據(jù)增值潛力。
  • 可靠性提升與功能安全
    減少通信延遲：區(qū)域控制器作為本地樞紐，縮短與執(zhí)行器/傳感器的通信距離，提升響應(yīng)實(shí)時(shí)性（如剎車系統(tǒng)響應(yīng)速度）。
    冗余設(shè)計(jì)：支持電源和通信冗余（如以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)架構(gòu)），符合ISO 26262功能安全要求，降低單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)。
  • 能源管理優(yōu)化
    智能配電：集成智能熔斷和電源管理功能，動(dòng)態(tài)分配電能（如電動(dòng)車在低溫環(huán)境下優(yōu)先為電池加熱供電），提升能效。
    低功耗模式：支持休眠喚醒策略，降低靜態(tài)功耗（如特斯拉“深睡模式”可將待機(jī)功耗控制在極低水平）。

1.2 新一代 ZCU 產(chǎn)品協(xié)同解決方案

芯馳科技緊緊圍繞EEA變革，面向區(qū)域控制器的核心應(yīng)用，從“功能堆砌”轉(zhuǎn)向“系統(tǒng)融合”，為主機(jī)廠提供降本增效、快速迭代的技術(shù)底座。2024年，芯馳推出新一代ZCU協(xié)同化解決方案，覆蓋不同車廠在不同階段的融合需求。以CPU/NVM 和可用GPIO作為橫縱軸，芯馳將產(chǎn)品分為以下四個(gè)檔位：

  • 第一檔為 E3119/E3118/E3119-IOE：
    主打產(chǎn)品：IO 型及 IO 豐富型產(chǎn)品，能夠支撐傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)+車身+防夾等入門級(jí)區(qū)域控制器的開發(fā)。
    產(chǎn)品特點(diǎn)：封裝小型化，支持 SMP 和 FOTA，具備 10x CANFD 和 1x Gbit，IO 最多可達(dá) 326 個(gè)，還能與第二檔/第三檔產(chǎn)品進(jìn)行搭配組合。
  • 第二檔是 E3620B：
    主打產(chǎn)品：控制型 ZCU，主要用于進(jìn)階性融合區(qū)域控制器，可進(jìn)一步融合動(dòng)力/底盤域，也能和第一檔/第三檔產(chǎn)品搭配組合。
    產(chǎn)品特點(diǎn)：硬件級(jí)別通信引擎 SSDPE 以及多路 Gbit。
  • 第三檔為 E3650：
    主打產(chǎn)品：控制融合性 ZCU 巔峰之作，兼顧算力/存儲(chǔ)/高功能/低功耗/通信低延遲/環(huán)網(wǎng)能力，是 48V 域控制器平臺(tái)的首選，同樣能和第一檔產(chǎn)品搭配組合。
    產(chǎn)品特點(diǎn)：具備多核高算力集群、市面上可選最多的 GPIO 產(chǎn)品、虛擬化領(lǐng)先量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、硬件級(jí)別通信引擎 SSDPE 以及多路 Gbit。
  • 第四檔是 E3800：
    主打產(chǎn)品：超級(jí)動(dòng)力域融合。
    產(chǎn)品特點(diǎn)：擁有更多的場(chǎng)景專用加速協(xié)處理器和更領(lǐng)先的高速接口。

芯馳將陸續(xù)推出以上面向區(qū)域控制器應(yīng)用的芯片產(chǎn)品和方案解讀，本篇內(nèi)容重點(diǎn)圍繞E3119/3118展開介紹。

產(chǎn)品 Overview

2.1 芯馳E3119/3118產(chǎn)品總覽

  • 該系列產(chǎn)品包含E3118、E3119兩款高性能高可靠的MCU，同時(shí)還推出可直接地址映射訪問(wèn)的IOE（IO Expander）產(chǎn)品-E3010，該系列MCU和IOE產(chǎn)品主要面向區(qū)域控制、ADAS、激光雷達(dá)、座艙協(xié)處理器等領(lǐng)域，本文重點(diǎn)介紹該系列在區(qū)域控制器產(chǎn)品中的關(guān)鍵技術(shù)。

2.2 芯馳E3119/3118功能概述

  • 針對(duì)上述場(chǎng)景，E3119/3118從信息安全、AB分區(qū)OTA、低功耗、多核通信等方面做了進(jìn)一步提升，整體芯片框圖如下：

  • 與芯馳前一代產(chǎn)品（E31xxE32xx）相比，芯片參數(shù)和資源展示如下：

  • 同時(shí)E3119/3118也在如下方面做了強(qiáng)化升級(jí)：

A. 信息安全

  • 獨(dú)立的可編程HSM核；
  • 支持硬件Secure IP，可滿足Evita Full， ISO21434，國(guó)密SM2349認(rèn)證；
  • 成熟的信息安全解決方案，目前已和ETAS、云馳未來(lái)等合作伙伴廠商完成方案適配。

B. NVM升級(jí)

  • E3118支持4M Flash大小存儲(chǔ)，E3119升級(jí)到8M Flash存儲(chǔ)；
  • 支持RWW（read-while-write）功能，支持無(wú)感OTA方案。

C. 新增CRAM

  • CRAM全稱Cluster RAM，這是在E3119/3118產(chǎn)品上新增的RAM空間；
  • E3119/3118內(nèi)部有兩片CRAM，每片CRAM為128KB，可在低功耗RAM保持、多核數(shù)據(jù)共享等場(chǎng)景下使用。

D. 新增Delta-Sigma ADC

  • 新增Delta-Sigma ADC模塊，采樣精度為16bit，共有2組。

關(guān)鍵技術(shù)解讀

3.1 NVM
3.1.1 NVM說(shuō)明

  • E3119內(nèi)置一個(gè)4Bank的8線Flash, 一個(gè)Bank為2M，支持RWW。
  • E3118內(nèi)置了兩個(gè)4線2M的Flash, 支持拼深度（兩個(gè)4線2M的Flash）和拼寬度（一個(gè)8線4M的Flash）兩種模式。采用拼深度的使用方式可以支持RWW。

3.2 FOTA
3.2.1 AB分區(qū)OTA

3.2.2 AB分區(qū)FEE

  • SF0SF1都有保存data數(shù)據(jù)的場(chǎng)景，實(shí)際并發(fā)下使用mailbox semaphore機(jī)制來(lái)進(jìn)行互斥訪問(wèn)，避免數(shù)據(jù)被破壞的異常情況：

3.3 信息安全
3.3.1 信息安全方案說(shuō)明

  • 信息安全全場(chǎng)景覆蓋視角下，E3 MCU安全目標(biāo)通常分為三個(gè)類別：安全啟動(dòng)、安全運(yùn)行和安全存儲(chǔ)，如下：

  • 相關(guān)信息安全組件，詳細(xì)功能描述如下：

3.3.2 HSM固件說(shuō)明

  • 如下紅色框圖虛線所繪制，HSM固件部署運(yùn)行在SE core上，SE core有專用的CRAM 128KB，使用內(nèi)置的Flash做NVM加密存儲(chǔ)，SF0和SF1主core上運(yùn)行MCAL，通過(guò)mailbox進(jìn)行跨核調(diào)用：

  • 需要注意，芯馳HSM固件代碼開源，僅提供secure boot現(xiàn)成功能，如有更多信息安全功能需求，可以聯(lián)系芯馳合作的信息安全廠商ETAS或者云馳未來(lái)，也可以根據(jù)芯馳提供的HSM移植開發(fā)指南文檔來(lái)自主開發(fā)。

3.4 低功耗

  • E3119/3118可以支持4種低功耗模式RTC模式、Sleep模式、Hibernate模式和LPP模式。

  • 為了配合客戶的應(yīng)用場(chǎng)景支持模擬喚醒和極低的功耗要求，在LPP (Low Power Run Mode) 低功耗模式下可以進(jìn)入到Hibernate模式來(lái)進(jìn)一步降低功耗，Hibernate被動(dòng)喚醒有喚醒源觸發(fā)后是進(jìn)入到LPP后會(huì)進(jìn)一步做喚醒源確認(rèn)：

E3119/3118的低功耗流程框圖

3.5 調(diào)試系統(tǒng)
3.5.1 多核調(diào)試說(shuō)明
3.5.1.1 方案一：IAR + JLINK

  • IAR需要9.50以上版本，JLINK需要V11以上版本；
  • 支持多核同時(shí)啟動(dòng)、同時(shí)停止。

3.5.1.2 方案二：IAR + I-Jet

  • IAR需要9.30以上版本；
  • 支持多核同時(shí)啟動(dòng)、同時(shí)停止。

3.5.2 安全調(diào)試說(shuō)明
3.5.2.1 原理

  • Debugger發(fā)出請(qǐng)求 ---> 將key用Debugger回復(fù)給芯片 ---> 芯片匹配key成功后開啟debug接口。

3.5.2.2 構(gòu)建環(huán)境

1）繼續(xù)使用上文用到的efuse燒寫環(huán)境。
2）燒寫DebugKey。使用SDFuseTool，將debugkey燒寫至fuse “e3/SEC_DBG_CFG/0-63bit”（見圖P-7）（fuse燒寫完成后，請(qǐng)燒寫對(duì)應(yīng)控制位關(guān)閉fuse的讀寫權(quán)限）

3）開啟SecureDebug。使用SDFuseTool，燒寫fuse “e3/MISC_CFG/MISC_CFG3/SDBG_MODE”（見圖P-8）。

3.6 工具鏈及 AutoSAR 生態(tài)解讀

4. 結(jié)語(yǔ)

隨著汽車向“軟件驅(qū)動(dòng)”和“可持續(xù)升級(jí)”方向發(fā)展，區(qū)域控制器將成為未來(lái)智能汽車的核心樞紐，同時(shí)為用戶帶來(lái)更智能、安全的出行體驗(yàn)。

接下來(lái)，芯馳將繼續(xù)推出區(qū)域控制器旗艦MCU產(chǎn)品E3650的深度技術(shù)解讀，敬請(qǐng)期待！

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