英家MCU之AURIX?

作為全球汽車半導體市場的領導者，英飛凌持續塑造未來移動的創新之路。

為擴展其領先的 AURIX? 微控制器系列，英飛凌推出了用于電動交通、ADAS 、汽車 E/E  架構和經濟型人工智能 (AI) 應用的新一代AURIX? TC4x 系列28納米微控制器 (MCU)。

第一批 AURIX? TC4x 樣品已用于主要客戶的設計中。

從本月起，英飛凌專家將在每個月推出1-2篇 AURIX? TC4x 技術文章，詳細闡述其各個功能模塊，以幫助大家快速學習了解  AURIX? TC4x 。

英飛凌AURIX?發展歷程

TriCore? 內核架構自從1999年誕生，先后經歷了4代單核版本的單片機，AURIX? 是基于 TriCore? 內核的多核架構單片機。

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2014年推出的第一代 AURIX? TC2x 集成了多達三個 TriCore? 內核。

TC2x 系列單片機內部集成了安全管理單元  SMU ，對單片機內部的各個模塊進行安全管理，電源供電 PMIC 芯片 TLF35584 除了完成電源供電，還可以和單片機交互，搭配  SafeTlib? 軟件可以實現自檢并監控單片機運行是否正常，出現異常的情況下可以觸發安全機制，使系統進入安全狀態。

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2018年推出的第二代 AURIX? TC3x 集成了多達六個 TriCore? 內核，將單片機性能提升到了一個新高度。

AURIX? TC3x 系列單片機擁有卓越的實時性，全系型號可以達到功能安全最高等級 ASIL-D，集成了信息安全硬件加密模塊，還有強大的互聯接口，使其尤其適合眾多汽車應用。

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2021年推出的新一代 AURIX? TC4x 系列為領先的 AURIX? TC3x 系列提供了向上升級的途徑。

它采用下一代 TriCore? 1.8內核，以及可擴展的增強性能的加速器套件。其中包括新的并行處理單元 (PPU)，這是一種 SIMD 矢量數字信號處理器 (DSP)，可滿足各種人工智能拓撲結構的需求，包括實時控制和雷達后處理等各種用例。產品系列的可擴展、高兼容性設計，使得用戶可以采用通用的軟件架構，從而大大節省了平臺軟件費用。

AURIX? TC4x應用領域及特性概覽

AURIX? TC4x 面向廣泛的汽車應用，包括基于域控和區控的 E/E 架構對功能集成的強烈需求，通過安全系統支持電動交通和自動駕駛的發展。英飛凌的 AURIX? TC4x 提供增強的連接性，包括先進的功能安全和信息安全，進一步夯實英飛凌在高可靠高安全汽車電子產品領域的領先地位。

此外，新的 SOTA（軟件空中升級）功能有助于滿足主機廠對快速、安全的車到云連接的需求，實現現場更新以及車輛使用過程中的診斷和分析。新的 AURIX? TC4x 系列 MCU 支持 5 Gbit 以太網和 PCI Express? 等高速通信接口，以及 CAN-XL 和 10BASE T1S 以太網等新的通訊接口。網絡吞吐量和連接性的提高為客戶提供了實施新 E/E  架構所需的性能和靈活性。

完善的AURIX? TC4x 生態體系

考慮到汽車復雜性的不斷增加以及人工智能技術的實現，AURIX? TC4x 生態系統受到了極大關注，以確保產品快速上市和易于使用。英飛凌正與 Synopsys 合作，加快  AURIX? TC4x 系列的軟件開發。用于 TC4x 的 Synopsys Virtualizer? 開發套件（VDK）可在設計周期的更早階段進行軟件開發。用于 AURIX? TC4x 的  Synopsys DesignWare? ARC? MetaWare 工具包提供了為 PPU 開發軟件所需的最佳編譯器、調試器和庫以及仿真器。

其他合作伙伴也將提供相應的產品，并支持 MATLAB 自動代碼生成，以實現快速原型開發。得益于跨代可擴展的兼容設計，已經使用現有 AURIX? MCU 的客戶將縮短開發時間，加快產品上市，并從中獲益。顯著的硬件和軟件兼容性使客戶可以廣泛地重復使用現有的 TC3x 算法和生態系統。

AURIX? TC4x 系列的主要特點一覽

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TriCore? 和 AURIX? 加速套件提供高性能算力和經濟的人工智能

●   多達 6 個 TriCore? v1.8 同步運行，主頻高達 500 MHz

AURIX? 加速器套件：

●   并行處理單元 (PPU) - 實現高達 ASIL-D 的人工智能

●   數據路由引擎 (DRE) -用于高效通信和數據處理

●   CDSP – 對模擬采樣信號進行數字信號處理

●   信號處理單元 (SPU) - 雷達信號處理加速器

●   信息安全模塊 (CSRM/CSS) - 硬件加密加速器

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內存升級

• 多達 25 MB 片上 NVM 存儲空間
  

• 通過優化的 A/B 交換分區和外部存儲器接口支持零停機時間 SOTA

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高級時鐘模塊和 AD 轉換增加實時控制能力

• 新型 eGTM 定時器和高分辨率 PWM，專用低延遲互連 (LLI) 總線
  

• 用于電機控制和電源轉換的更快控制回路

• 與 AURIX? TC3x 兼容的 GTM

• 多種ADC 轉換器 ，時分復用 ADC(TMADC) /快速比較器 (FC)/DSADC

• CDSP/DSEX 加速器

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更強的功能安全和信息安全性能

●   包括CSRM和CSS在內的安全集群可提供更強的安全性能

●   符合 ISO 21434 標準

●   安全DMA

●   符合ASIL-D標準

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為所有E/E架構微控制器提供豐富的網絡通訊接口

●   可擴展的高速通信接口：

■    高達 5 Gbps 以太網

■   PCIe

■   10BASE T1S 以太網

■   CAN-XL

●   數據路由引擎 (DRE) - 通信加速器

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廣泛的生態系統

●   英飛凌 MCAL 驅動程序

●   可重復使用現有 AURIX? TC3x 算法和生態系統

●   利用 Synopsys - Virtualizer Development Kit for AURIX? TC4x 虛擬原型支持快速原型開發

●   軟件開發工具包 (SDK)

●   使用 Synopsys - MetaWare Toolkit for AURIX? 簡化 PPU 軟件開發，其中包括 MATLAB 和 Simulink、DSP 和數學庫、神經網絡軟件開發工具包以及 AUTOSAR 復雜設備驅動程序

供貨情況

第一批 AURIX? TC4x 樣品已用于主要客戶的設計中，各個型號將從2024年下半年逐步量產。

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未來的汽車需要什么樣的MCU？

●   有更多潛力讓汽車變得更加智能

●   由人工智能提供更高效的處理能力

●   適應新的電子電氣架構

●   有更廣泛更安全的的網絡連接

●   適應更快速的技術迭代

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AURIX? TC4x 應運而生，為汽車工業提供最具吸引力的升級路徑。

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AURIX? TC4x 助力開啟汽車工業新紀元。

支持新的電子電氣架構

●   具有更高的ASIL-D算力

●   安全網絡連接大大增強

●   適應新的軟件開發模式

電氣化加速滲透

●   助力達成零排放目標

●   主機廠更專注于發展電動汽車

●   純電汽車比例不斷提升

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英飛凌一如既往地提供高可靠性 AURIX? 系列 MCU，以滿足汽車對高穩定性、高安全性、長期供應保障等多方面的要求。

●   AURIX? 系列 MCU 全面的產品目錄和靈活的可擴展性為用戶升級和降本提供雙向選擇的平臺化開發思路

●   英飛凌長期發展與維護與可信賴合作伙伴的關系

●   安全一直是 AURIX? 系列 MCU 的核心競爭力

●   非常高的穩定性大大降低失效風險

●   Tricore? 內核及相關外設提供極強的實時控制性能

●   有承諾的長期供貨保證以及可靠的供應鏈管理

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AURIX? TC4x 采用28nm半導體制程工藝，并引入 RRAM 非易失存儲介質（NVM）。該制程工藝，英飛凌與臺積電已經合作長達8年之久，將助力 TC4x 系列 MCU 實現高性價比，并為下一代 MCU 持續迭代升級鋪平道路。

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AURIX? TC4x 根據汽車發展的趨勢，重點拓展電動汽車、域控制器/區域控制器、智能（輔助）駕駛、雷達、動力底盤等應用場合。

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得益于 AURIX? 系列 MCU 跨代高兼容性設計，用戶在 TC3x 的開發經驗，將大大減少移植工作量，加速產品上市時間。

●   開發工具非常豐富，并且延續性好

●   軟、硬件設計兼容性好

●   安全架構、理念一脈相承，并更加完善、強大

●   一如既往的高可靠性

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AURIX? TC4x 根據下一代控制器的需求，在多個方面性能得到很大提升

更高處理能力

●   更高的 Tricore? 內核主頻

●   并行處理單元

●   第三代高性能信號處理單元

●   模數轉換信號后處理 DSP

●   數據路由引擎

●   高精度PWM

更高安全性能

●   達到 ISO26262-2018 功能安全標準 ASIL-D 等級

●   符合 ISO21434 信息安全標準

●   更強的非對稱加密能力

●   支持多路并發對稱加解密

更完善的硬件虛擬化支持及隔離特性

●   支持內核、外設硬件虛擬化以及互相隔離

●   每個物理內核支持多達8個虛擬機

●   增強內存保護、DMA 保護

更豐富的網絡連接

●   高達 5G 以太網接口

●   多達4個百兆/十兆低速以太網，并支持 10based-T1S 標準

●   PICe 3.0 接口

●   支持 CAN XL

●   支持 MACsec 硬件加密

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AURIX? TC4x架構框圖

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得益于 AURIX? TC4x 的硬件虛擬化性能，在一片 TC4x 芯片上，通過部署虛擬機軟件，可以獨立運行多個不同的 ECU 功能，并實現互不干擾。AURIX? TC4x 虛擬化將在后續文章中進行專題講解。

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英飛凌具有多年的信息安全開發經驗，從第一代AURIX? 芯片就開始部署硬件安全模塊（HSM）。現在 AURIX? TC4x 的開發完全按照 ISO21434 信息安全標準進行開發。同時，英飛凌已經獲得權威第三方頒發的 ISO21434 產品開發流程認證證書。

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AURIX? TC4x 引入并行處理單元（PPU）將助力其拓展在嵌入式AI領域的應用場景。例如，PPU 可以在域控制器/區域控制器、ADAS 、新能源汽車等多個應用中發揮高安全性智能預測、智能控制的關鍵作用。關于 PPU 的進一步介紹，敬請關注后續相關專題文章。

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英飛凌已經為 AURIX? TC4x 構建了全方位的開發工具鏈和軟件生態系統。開發工具包括編譯器、調試器、集成開發環境（e.g. ADS Limited）、虛擬原型（VDK）、模型仿真硬件支持包等。軟件生態系統包括硬件底層驅動（MCAL）、AUTOSAR 協議棧、功能安全軟件庫（SafeTlib）、信息安全軟件、PPU軟件庫、CDSP 軟件庫等。

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與 AURIX? TC4x 最佳搭配的新一代電源管理芯片 TLF4 系列 PMIC 也將同步上市，助力汽車控制器的安全性能再提升一個層次。敬請期待。