英飞凌AURIX™TC4XX新特性介绍

原创汽车电子与软件 2024-07-29 07:31

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作者 | 林Nova

出品 | 汽车电子与软件

本文主要介绍Infineon Aurix3G TC4XX系列相对于上一代芯片的新特性。

#01

前言

自6.28日英飞凌发布Aurix3G TC4XX已经过去快一个月了，那么这一代的产品相对于上一代有哪些升级呢？TriCore1.8相对于TriCore1.6.2在架构上又有哪些调整呢？除了Hypervisor以外又有哪些功能是值得车企和供应商花大价钱在项目上导入的呢？今天我们就带着这些问题，从开发者的角度，探索Aurix3G TC4XX的新特性。

#02

总览

首先我们来看这张芯片架构图。

从芯片架构图可以看出，这一代的Aurix芯片，总体上仍然延续了上一代的架构体系，仍然是采用以SRI总线的多核架构。核内集成了FPU、STM等模块，集成了DSPR、PSPR、DLMU等内存空间，同时支持Cache，每个核附有相耦合的PFlash，支持A/B Swap。支持锁步功能。外设方面像系统控制模块仍然是之前的体系结构，如PMS、SMU。

但是相对于上一代，还是有一些明显的升级变更的，比如FLASH最高升级到24M，以及众所周知的虚拟化（VM）。另外英飞凌在这个版本的信息安全上，使用全新的Cyber Security RT Module取代了上一代的HSM，该模块直接使用了TriCore1.8的内核作为CPU，不再使用ARM架构内核。

新版本集成了并行计算单元Parallel Processing Unit（PPU），能够执行8-bit, 16-bit, 32-bit的向量数据运算。

外设上也有较多的变更，如SCU、WDT、IR等为功能安全及虚拟化做了相应的调整，新增了DRE、PCIe总线接口、xSPI、CANXL等通讯接口，并支持High Speed PHY功能；集成了Bosch最新版本的GTM模块等。下面我们展开来看。

#03

内核

首先从内核上，TC4XX使用的是TriCore™ 1.8版本内核，相对于上一代使用的TriCore™ 1.6.2有了一定的升级，也提供了一些新特性。

主频

CPU主频一直是用来衡量CPU算力的标准之一，纵使不同芯片系列之间由于架构差异、设计等原因，无法直接进行主频的横向对比，但是同系列芯片之间还是能比较直观地体现差距的。这一代的主频最高可以达到500MHz，相比于上一代的300MHz提升了66.6%。

虚拟化

虚拟化应该说是这一代的重磅功能了，每个核支持3套硬件partition（比如独立的Trap寄存器、内存保护寄存器），每个核支持最多8个虚拟机，并且具有独立的中断控制寄存器。同时具有两级MPU，适配虚拟化功能。

双精度浮点运算

上一代内核中只支持单精度浮点运算，双精度则需要依赖编译器进行软浮点运算，这一代是直接一步到位支持到双精度浮点运算。

数据位宽

上一代内核指令的数据类型是支持到最高double-word的64位数据类型，这一代直接提升到了quad-word的128位数据位宽。

新增指令

TriCore 1.8版本的内核新增了一些指令，同时针对新增功能如虚拟化等对既有的指令也有部分更新。

针对虚拟化新增了HVCALL、RFH指令；

新增了quad-word 128bit的存取指令（LD.DD、ST.DD）；

新增内核特殊寄存器成对处理指令（MTDCR、MFDCR）；

新增了无进位的乘法指令（MULP.B）；

新增间接调用指令（CALLi 16bit）；

新增64位的除法及取余指令；

新增本地数据同步指令（LSYNC）；

新增了单精度浮点指令，区别于双精度（ABS.F等）；

新增了双精度浮点运算指令（ADD.DF等）；

兼容性考虑MSUB.Q仍保持上一版的舍入计算；

CACHEA.*、CACHEI.*指令指向VCON2.VMN中的虚拟机，以防止Cache同步时破坏其他虚拟机的Cache。

#04

内存

内存方面RAM的变更不大，SRAM总和（包括DSPR、PSPR、DLMU等）达到最多11MB。PFlash每个核最多4M，总和最多24M。

一个比较明显的优化是关于AB Swap的，在上一代中，一旦启用A/B Swap，由于每个核内联一块耦合PFlash，而PFlash是无法read-while-write的，因此Bank被设计为连续的多块Flash，比如4核架构中，PFlash0、1作为A Bank，PFlash2、3作为B Bank。这就导致原本的核——Flash耦合的内部连接无法使用。

在新一代的芯片架构中，每个核设计了两块耦合的PFlash，在普通模式下作为连续地址使用，而在A/B Swap模式下，两块PFlash分别用作A/B分区，这样仍然能够保证内部连接接口的使用。

#05

网络安全

网络安全（Cyber Security，CS）是这一代芯片一个比较大的变更，这一代直接取消了HSM，使用了全新的网络安全模块架构。

CS模块包括网络安全实时模块（CS real-time module，CSRM）和一个网络安全从核（CS Satellite，CSS）。其中CSRM模块中集成了一个TriCore1.8内核，并且标配了DSPR、PSPR等，并且有专属的PFlash用于代码运行，不用像上一代一样依赖于其他CPU的PFlash。

CSRM包括支持RSA、ECC密钥算法的非对称公钥加密模块PKC，随机数生成模块RNG，用于网络安全调试及控制的CS控制模块CSCU，以及一个TriCore 1.8内核CPU，性能较上一代HSM提升5~15倍。

而CSS模块则是用于密钥等算法的实施，也就是进行硬件加速。支持最多21个通道，支持使用高级加密标准(AES)或SM4算法和ChaCha20算法的各种加密操作模式，支持SHA、MD5、SM3等哈希算法。

#06

并行计算单元Parallel Processing Unit

TC4XX系列中新增了并行计算单元Parallel Processing Unit(PPU)，基于新思科技的EV7xFS系列处理器，进行8-bit, 16-bit,32-bit的向量计算，大大增强了其DSP属性的相关能力。

结合建模工具的使用，PPU能够赋予MCU对AI、神经网络等的计算支撑，以支持在域控、ADAS、EV等领域的应用场景。

#07

以太网

这一代的以太网的更新还是比较大的，不仅速度有所提升，而且MAC的数量也有所增加，并且不同通道之间的数据路由也提供了更丰富的支持。而且最值得惊喜的是TC4XX内部直接集成了高速Phy模块，不仅是对于软件开发还是硬件兼容性来说，都是一个非常不错的资源。

在TC4XX系列中，以太网有两个模块，典型的Gigabit Ethernet (GETH)模块和轻量化的Lite Ethernet (LETH)模块。（具体数量参考型号资源配置表）

GETH

我们知道当今市场对以太网数据传输的要求正在逐步提高，尤其是随着自动驾驶感知领域精度的提升，1G速率的以太网已经不足以覆盖雷达等传感器的数据传输需求。为此，TC4XX的GETH模块支持10M, 100M, 1G, 2.5G, 5G的全双工通信速率，满足IEEE 802.1 AVB&TSN的硬件需求。并且在配备两路GETH MAC的芯片上，还支持MAC到MAC的直接数据路由。

LETH

LETH模块也能够支持10M,100M ,1G的通信速率，而且最多配备4个LETH。并且每个LETH的多个Port之间也存在灵活的路由连接。

High Speed Physical Layer (HSPHY)

TC4XX内部集成Phy模块，实现了以太网物理层接口，称为高速PHY（HSPHY）。HSPHY通过SPB总线直接作为外设挂在芯片内部，调试过以太网物理层的朋友都知道这对开发意味着多大的便利性。

HSPHY支持可配置的串行线速率，支持0.125, 1.25, 2.5, 3.125, 5, 5.15625, 8 GBaud/s速度范围，支持较宽范围的参考时钟频率，且支持可选分数频率校正功能。

除了支持GETH、LETH模块，HSPHY还支持TC4XX中PCIe、xSPI和SGBT I/O等的对外通信。

#08

CAN通信

在CAN通信方面，TC4XX在保留了上一代架构中MCM_CAN模块的同时，增加了Controller Area Network XL interface (CANXL)模块，以支持第三代CAN总线通信技术。

CANXL模块最高支持15Mbits/s的通信速率，支持符合ISO11898-1:2015的标准CAN和CANFD，支持CiA 610-1定义的CAN XL通信，支持最多2048字节数据场宽度，支持64位时间戳，并且TX FIFO、RX FIFO、FILTER等数量上都有较大提高。

#09

xSPI

这一代的TC4XX支持符合JEDEC JESD251标准的xSPI接口，支持最多16线高达200MHz的DDR访问速率，支持16线最高133MHz的SDR访问速率，并且内部有DMA模块支持数据在内存与外部设备之间的搬运。

#10

PCIe

TC4XX还新增了Peripheral Component Interconnect Express (PCIe)接口，支持全双工，符合PCIe第五代规范，支持速率高达8GT/s，为板载级芯片通信提供了较大的便利。

#11

Data Routing Engine (DRE)

对于网关控制器开发者来说，这是个有趣的新特性。TC4XX新增了一个数据路由模块DRE，用于在以太网和CAN之间，或者CAN和CAN之间进行数据路由。DRE使用IEEE 1722-2016定义的AVTP控制帧格式进行对齐。

DRE支持多种以太网触发模式，支持用户自定义的以太网二层帧头部，且支持CAN帧ID过滤功能。

#12

通用定时器（GTM/eGTM）

在上一代的TC3XX系列中，英飞凌使用的是Bosch的V3.1.5.1版本的GTM，在电机控制等领域具有广泛的应用场景。在TC4XX系列中，除了新版本的GTM模块以外，还提供了针对EV领域进行优化增强的eGTM模块。

GTM

这一代的GTM模块采用全新的V4.1版本的GTM内核，从结构图来看，架构上并没有太大的调整，并且仍保留了与Aurix芯片其他外设之间丰富的交互连接，暂时还没看出功能细节上有哪些变更，后续我们有机会再讨论。

eGTM

除了标准的GTM模块以外，TC4XX系列还提供了一个eGTM模块。该模块对GTM的原生IP进行了精简，只保留了ATOM、TOM和TIM三个功能块及相关基础模块，另外针对EV领域进行了特定的优化，最高主频高达400MHz。

#13

小结

总结下来英飞凌这一代的Aurix芯片相对于上一代还是有较大的提升，而且看得出来是结合了近年来汽车行业内部的技术发展趋势做了充分的调研分析，新增的特性足以使得英飞凌在车规MCU领域保持较强的生命力。限于篇幅原因无法展开介绍，我们也会在后续带来专业详细的技术解读和使用示例。

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