瑞萨电子开发用于汽车通信网关SoC的新技术

盖世汽车讯 2月22日，半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社（Renesas Electronics Corporation）宣布开发出四种车载通信网关片上系统（SoC）器件技术，有望在定义汽车系统中的下一代电子/电气（E/E）架构方面发挥关键作用。

图片来源：瑞萨电子

用于汽车网关的SoC必须具备高性能以实现云服务等新应用（在非使用期间具有较低功耗），并需要提供快速CAN响应以支持即时启动。此外，这些SoC需要提供高能效的通信技术，使网络能够作为网关使用发热功率和安全技术来实现车外的安全通信。为满足这些要求，瑞萨电子开发出（1）可动态改变电路运行时序的架构，以匹配具有优化性能和功耗的车辆条件，（2）通过仅对基本程序进行分区和供电的快速启动技术，（3）实现10 Gbps/W功率效率的网络加速器，以及（4）通过识别和保护与车辆控制相关的重要车载通信来防止通信干扰的安全技术。

新技术具体细节包括：

1. 根据车况优化处理性能和功耗的架构

通信网关SoC需要在运行时提供超过每秒30,000 Dhrystone百万条指令（DMIPS）的处理性能，同时还要将待机功耗保持在2 mW或更低，以维持电池寿命。通常情况下，高性能SoC在待机模式下的功耗也很高，而待机功耗小的SoC则存在性能问题。为解决这一问题，瑞萨在单个芯片中结合了高性能应用系统和针对超低待机功耗优化的控制系统。新架构可以控制这两个子系统的电源，并改变电路运行的时序，以实现性能和电源效率之间的最佳平衡，从而运行期间具有更高性能，但在待机期间的功耗更低。

2. 外置闪存快速启动技术，达到与嵌入式闪存同样快的启动速度

由于负责管理与车辆控制相关的关键功能的处理，因此通信网关SoC必须能够在启动后50毫秒内响应CAN。但是，如果SoC采用不支持内嵌闪存的工艺，则启动程序必须加密存储在外置闪存中。这意味着加载程序数据和解密需要额外的时间。为了解决这个问题，瑞萨开发出将程序分成几个部分的技术，最初只加载和解密启动的必要部分，同时继续并行加载程序的其余部分。这样可实现对CAN的快速响应（50毫秒或更短），即使在使用外部闪存时也是如此。

3. 具有10 Gbps/W通信效率的高效网络加速器

为了使电子控制单元（ECU）能够进行空气冷却和散热，通信网关SoC必须将功耗控制在7瓦或更低。由于30,000 DMIPS或更高的计算处理性能需要大约6瓦的功率，因此只有大约1瓦可以用于网络处理。而这样就会面临挑战，因为10 Gbps的总通信必须使用1瓦的功率来实现，而当由CPU处理时，处理效率仅为3 Gbps/W左右。为解决此问题，瑞萨电子将处理任务从CPU卸载到自定义网络加速器，从而实现了9.4 Gbps/W的更高效率。此外，瑞萨通过将路由方法从传统的TCAM方法切换到SRAM中的哈希表（hash table），将效率提高到11.5 Gbps/W。

4.采用高可靠性的通信防止干扰的安全技术

通信网关SoC可执行一组混合任务，例如与需要高可靠性的车辆控制相关的数据处理，以及与云服务等的大量随机数据通信。由于车辆控制对于确保安全至关重要，因此保护和分离关键任务数据也非常重要。然而尽管数据类型不同，所有数据都可通过同一个车载网络传输，导致物理交叉并引发安全问题。为应对这一挑战，瑞萨电子开发出分析传入SoC数据包的安全技术。该技术可以确定数据包是否包含基本数据，并将它们分配给网络加速器内的不同路径和控制功能，从而防止需要高可靠性的干扰数据，并保护车载数据通信免受各种安全威胁。

这四项技术已被纳入瑞萨的R-Car S4车载通信网关SoC。借助最新的R-Car S4，开发者可以加速E/E架构的进步，实现与云服务的安全连接，同时确保安全可靠的车辆控制。