RISC-V如何融入汽车系统？

孙盔盔

本文译自：JEFF SHEPARD的How does RISC-V fit into automotive systems?

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能力一般，水平有限，大家凑合着看~~

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RISC-V正被用于一系列令人惊讶的汽车系统：从ASIL-D安全等级控制器和安全协处理器，人工智能加速器，基于氮化镓功率半导体的先进电动汽车电池充电器控制器，甚至用于轻型电动汽车的高压单片电机驱动控制器。以下是RISC-V的汽车应用示例。

欧洲的GaNext项目(下一代氮化镓功率模块的简称)旨在使使用氮化镓功率半导体设计功率转换器更加容易，同时提高用于电动汽车充电器等系统的基于氮化镓的功率模块的效率和紧凑性。GaNext主要致力于开发基于GaN电源开关的智能电源模块(IPM)。GaNext的一个关键部分是开发一个具有高分辨率定时器、集成前端和外部SPI接口的定制RISC-V控制器。

GaNext原型智能电源模块，带定制RISC-V控制器。 (图像: Cambridge GaN Devices Ltd.)

IPM将把RISC-V控制器与栅极驱动器和一个可编程、有安全保障的脉宽调制控制单元相结合，该控制单元具有集成的保护电路和安全功能、滤波器单元和广泛的可编程时序，以实现对氮化镓功率元件驱动需求的最佳适应。GaNext IMP的关键规格包括:

导通电阻为55mΩ的650V氮化镓HEMTs

15A，RMS输出电流额定值

电压、电流和温度集成传感器

模块尺寸为35.0 x 35.0 x 3.0mm

具有集成自举电路的绝缘体上硅（SOI）栅极驱动器

定制RISC-V控制器，集成前端、外部SPI接口和高分辨率定时器

氮化镓是一种宽带隙半导体材料，能够实现高效率和高密度的功率转换系统。与硅基功率器件相比，氮化镓支持的性能改进是低导通电阻(降低传导损耗)、低得多的开关损耗和更快的开关时间的结果。因此，氮化镓基功率转换器比基于硅功率开关的替代设计更轻、更小、效率更高、成本更低。

GaNext正在开发的IPM旨在简化氮化镓功率转换技术的使用，使更多用户能够采用氮化镓，并实现其带来的多种性能改进。虽然电动汽车充电器是GaNext IPM的最初目标应用，但它们也可以用于电动汽车电机驱动、工业电机驱动和逆变器。

在单片高压电机驱动器中的RISC-V

RISC-V还被纳入一个新的电机驱动系列，目标是轻型电动汽车和其他电机驱动应用。新的驱动器也是单片高压技术中的第一个RISC-V实现，允许直接驱动N沟道MOSFETs的控制的无刷直流(BLDC)、步进、有刷直流、永磁同步电机(PMSMs)和音圈电机。

前两个基于RISC-V的电机驱动器，一个是带有6个集成门驱动器的专用BLDC/PMSM驱动器，一个是带有8个集成驱动器的步进电机和步进伺服驱动器IC。两种驱动器都包括综合诊断和接口选项的选择，并且都基于32位RISC-V内核，该内核提供基于硬件的面向现场的控制。驱动器包括串行接口、USB、CAN-FD和用于两相或三相电机的集成驱动器。集成开关调节器支持单芯片驱动解决方案，128k EEPROM非易失性存储器加上32k静态随机存取存储器使驱动器足够强大到可以实现一系列高级工业协议，如CANopen或CANopen-FD以及独立系统设计。

微处理器，无论是ARM还是RISC-V，都是嵌入式系统和运动控制器的核心。它们提供应用控制层，执行总线通信协议，并提供用户接口。然而，在典型的设计中，与控制和驱动电子设备相比，制动器、电机和其他机械部件具有更长的产品寿命。RISC-V被认为是长产品寿命的良好平台:RISC-V ISA稳定可靠。没有可以限制长期产品路线图或技术开发的义务或许可协议。

DOCK5电机控制器评估板，集成RISC-V内核。 (图像: Trinamic Motion Control)
数据流处理器

基于RISC-V的数据流处理器(DFP)DR1000C符合ISO 26262汽车功能安全标准的ASIL D安全要求等级，已经开发出来了。DFP是一种硬件加速器。它是一个并行处理器，经过优化，可以卸载车辆控制微控制器(MCU)需要执行的密集计算。DFP使用多线程机制和向量指令进行操作。

通过将DR1000C与车辆微控制器集成在SoC中，汽车系统将更有效地处理先进的控制算法，如模型预测控制，并满足日益严格的性能设计和法律法规。

RISC-V数据流处理器设计用于与汽车微处理器一起工作，以实现先进的控制算法，如模型预测控制。 (图像: NSITEXE, Inc.)

除了用于带有车载MCU的SoCs之外，DR1000C还适用于各种嵌入式系统，如工业设备和工厂自动化，以及传感器处理，包括激光雷达和雷达。DR1000C是由NSITEXE公司开发的，NSitexe公司是DENSO公司的一个集团公司，开发和销售高性能半导体IP。

用于安全汽车应用的加密管理器

一个完全可编程的、满足ISO-26262 ASIL-D的硬件安全核心已经发布，该核心通过设计为汽车应用提供安全性。它被称为 Root of Trust RT-645(以前的密码管理器RT-645)，通过防篡改和安全技术防止各种故障，如永久、瞬态和潜在故障以及硬件和软件攻击。

随着系统互联能力的持续增长，汽车设备和系统设计人员面临着越来越多的威胁。在广泛的汽车应用中，包括车辆到外部系统(V2X)连接、ADAS、甚至信息娱乐以及其他系统，一个限制贯穿其中，那就是需要基于信任的安全实现的硬件根。

RT-645是一款针对汽车应用而优化的安全协处理器。RT-645基于定制的带有专用安全存储器的32位RISC-V孤岛式分层安全协处理器，并具有几个高性能密码加速器，如AES(所有模式)、HMAC、SHA-2(所有模式)、最高4096位的RSA、最高521位的ECC、符合NIST标准的随机位生成器、AXI多发射无序和快速DMA功能。其他算法，如 Whirlpool(SHE)、SHA-1 (legacy)、AES-CMAC、SHA-3、Poly1305 & ChaCha和OSCCA SM2-3-4可作为可选的硬件加密加速器。

完全可编程的ISO-26262 ASIL-D安全核心，带有定制的RISC-V处理器。 (图像: Rambus)

RT-645来自Rambus，已经由TÜV-SGS认证为ISO26262 ASIL-D，满足ASIL-D单点故障指标(SPFM ≥ 99 %的检测到的故障)和潜在故障指标(LFM ≥ 90 %的检测到的故障)。

针对汽车应用而优化的高性能RISC-V内核正在被广泛追求。例如，它们是由一家国际合作伙伴开发的，旨在扩展高端片上系统和微控制器的能力，以继续推进创新和可信的汽车解决方案。目标应用包括ADAS、自动驾驶(AD)、电动汽车(EV)和互联网关(CoGW)，通过将RISC-V内核与微控制器(MCU)、片上系统(SoCs)以及模拟和电源IC相结合，使所有这些都有可能受益于RISC-V技术。

这一为RISC-V开发汽车应用的合作伙伴关系包括将RISC-V核心知识产权组合的使用许可授予瑞萨电子。SiFive的先进、高性能RISC-V处理器内核和AI加速器路线图预计将显著提高内核性能，以提供满足汽车应用要求所需的功能，以及增强的AI功能，为可扩展、工作负载加速的解决方案提供动力。

总结

RISC-V非常适合一系列汽车系统。本文提供了一些更重要的发展的概述，包括ASIL-D安全等级控制器和安全协处理器、人工智能加速器、基于氮化镓功率半导体的先进电动汽车电池充电器控制器，以及轻型电动汽车的高压单片电机驱动控制器。

参考

Embedded Workbench for RISC-V, Functional Safety, IAR Systems

GaNext “Next Generation GaN Power Module Project”, PENTA programme

Rambus CryptoManager Root of Trust Cores Certified ASIL-B/D Ready for Enhanced Security in Automotive Applications, Rambus

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