汽车MCU车规认证加速，功劳也要分给车规IP一半

电子发烧友网报道（文/周凯扬）单车内MCU数量的飞速增加为IC设计公司们提供了一个新的契机，不少过去主攻消费电子的MCU厂商们纷纷调转方向来发力汽车电子。然而对于任何一家汽车芯片厂商来说，要想真正打入汽车市场站稳脚跟，车规都是一道绕不开的门槛。除了AEC-Q100这类针对IC可靠性的测试外，在设计阶段，CPU IP的ISO26262功能安全认证同样是不可或缺的。

且仅仅只是符合ISO26262的设计流程规范还不够，来自各大第三方独立功能安全认证机构的认证证书才是最终的目标，比如德国TUV、瑞士SGS和美国Exida等等。为此无论是座舱、网关还是ADAS上的芯片，在设计之初都要选择已经验证的车规IP。这样才能尽可能缩短芯片的车规认证时间，加快上市进度。

Arm：从功能安全到性能的完整车规IP生态矩阵

Arm作为汽车领域的老牌IP供应商，已经打造一整套完整的汽车产品矩阵，涵盖了从Cortex-M系列到Cortex-R系列，再到Cortex-A系列的不同处理器IP产品，覆盖了传感器、SoC管理、ADAS、IVI等常见汽车应用。根据Arm汽车事业部全球市场副总裁Dennis Laudick提供的数据，全球85%以上的IVI/座舱处理器和50%以上的ADAS应用处理器，都是基于Arm的。

以Cortex-M系列为例，基于M系列处理器IP的车规MCU产品无疑是出货量最大的。当下主流车规MCU所用的Cortex-M IP中，性能从低到高有Cortex-M0+、Cortex-M4和Cortex-M7。其中前两者多用于ASIL-B级别的MCU设计中，而双核锁步配置的Cortex-M7则常被用于ASIL-D级别的MCU设计中。

以最常见的Cortex-M4为例，该处理器IP在M3的基础上加入了DSP指令，非常适合需要一定数字信号处理的应用，而内置FPU的Cortex-M4F更是成了不少MCU厂商的首选。NXP的S32K14x、英飞凌的CYT2B9、国民技术的N32A455以及旗芯微半导体的Raptor系列等都是基于该内核设计，这类MCU也都被广泛应用于车身控制、智能座舱之类的基础应用中。

这类应用中同样受欢迎的还有Cortex-M33，这一处理器IP对成本和功耗敏感的MCU和混合信号应用做了特殊的优化，另外还集成Arm的TrustZone安全技术，加强了面对外来攻击时的安全性。诸如兆易创新的首个MCU GD32A503和云途半导体的YTM32B1ME，均是基于该处理器IP开发的。

Cortex-M7、M55和M85对比 / 瑞萨

当然了，随着对ASIL-D级别的车规功能安全认证以及更高性能的需求，Arm也推出了更高性能且支持到ASIL-D级别的Cortex-M85的处理器IP，来为打造高性能车规MCU的厂商提供一个通用计算性能高于M7的选择，也ML/DSP应用提供更高的性能表现。相较6级流水线超标量设计的M7，M85采用了7级标量流水线和9到10级矢量和浮点流水线的设计，实现了6.28的CoreMarks/MHz，以及数倍于M7的ML/DSP性能。

在功能安全性上，Cortex-M85可以采用双核锁步的设计，从而用于对安全级别更高的车身控制应用中，比如高扭矩的牵引电机等。瑞萨电子也在去年展示了首个基于Cortex-M85打造的MCU样片。在Arm已经实现了M23、M33、M55等多个处理器IP获得第三方ASIL-D安全认证的前提下，相信M85很快也将获得这一认证，与M33、M55一道成为新的车规MCU主流IP。

另外值得关注的是，在适应新的复杂汽车架构的过程中，随着对性能要求的提高，Cortex-R系列的处理器IP也开始出现在部分车规MCU中。以意法半导体的Stellar集成式MCU为例，就集成了6个Cortex-R52核心。

其中Stellar P系列专为满足下一代传动系统、电气化解决方案和域导向系统的集成需求而设计，可实现更高水平的实时性能、安全性和确定性。Stellar G系列专为应对下一代车身集成和区域导向车辆架构的关键挑战而设计，可保证性能、安全性和功率效率以及广泛的连接能力和高安全性。

近日，四维图新旗下的杰发科技也发布了多核Cortex-R52设计的MCU芯片AC7870x系列。该MCU符合功能安全ASIL-D，主频高达350MHz，可满足ECU的高安全等级要求。杰发科技也表示，AC7870x系列将在2024年正式推向市场。

RISC-V：逐渐壮大的车规IP阵容

尽管RISC-V在汽车电子应用上的积累没有Arm那么久，但从这几年各大RISC-V IP厂商推出的新品来看，RISC-V在车规IP的进展可谓一点都不慢。在SiFive、芯来科技、晶心科技、隼瞻科技和NXITEXE等厂商的推动下，RISC-V在车规IP领域一技能提供了相当广泛的选择。

SiFive车规IP / SiFive

在去年九月推出了32位的E6-A和64位的S7-AD与X200-A这三大车规IP解决方案后，终于在今年7月迎来了针对E6-AB的首个ASIL-B认证。E6-A专为车内各种实时32位应用设计，从系统控制到HSM模组等，也非常适合用于车规MCU的内核。该IP采用了单发射8级流水线的设计，除了最小化逻辑冗余的E6-AB外，SiFive也在推进双核锁步的E6-AD和分核锁E6-AS的ASIL-D认证工作。

NA900微架构 / 芯来科技

而RISC-V CPU IP中率先获得ISO 26262 ASIL-D认证的，则是芯来科技的NA900和NA300。芯来科技对车规IP以及认证的布局早在两年前就开始，作为N900的车规版本，采用九级流水线设计的NA900对标的正是上文提到的Arm Cortex-R52。武汉二进制半导体在去年滴水湖论坛上公开的伏羲2360车规MCU，正是基于芯来科技的NA900打造。

至于全球首个ISO26262 ASIL-B认证的RISC-V CPU IP，则是由晶心科技的N25F-SE于去年获得。N25F-SE 是一个5级流水线的32位RISC-V CPU核心，支持标准的 IMACFD 扩展指令集，包括高效整数指令集和单/双精度浮点运算指令集。配合晶心的第五代V5扩展指令集，可以进一步提高性能并降低程序代码的大小。而ASIL-B的认证，已经可以让N25F-SE用于仪表盘、车内监控与灯光控制等应用中。

专注于RISC-V处理器IP和EDA的初创公司隼瞻科技，也在今年陆续发布了Wing-M050，Wing-M100A、Wing-M130和Wing-M500这几个车规级RISC-V IP产品。其中Wing-M050，Wing-M100A和Wing-M130主要面向低功耗车规MCU设计，其中Wing-M100A采用双核锁步机制，可以满足ASIL-D的功能安全等级要求。而双发射7级流水线设计的M500，则是可用于车规域控制器的高性能核心，且M500具备Split特性，可在车规功能安全与处理器性能之间动态切换。

略显遗憾的是，国内的另一大RISC-V IP厂商平头哥似乎并没有选择在汽车领域发力，而是选择了先专注于消费电子和工业电子领域。

自主与其他授权IP打造车规MCU

除了Arm和RISC-V之外，还有的MCU厂商也在坚持打造自主架构IP或利用其他授权IP来实现车规MCU的出货。这种另辟蹊径的做法让它们对于芯片架构的设计有了更多自由度，也给到车规MCU更多的选择。

国芯科技基于摩托罗拉授权的M*Core指令集与IBM授权的PowerPC指令集为基础，打造了具有自主知识产权的C*Core系列32位RISC CPU IP。国芯科技基于该架构的打造了一系列汽车MCU芯片产品，诸如中端域控制器芯片CCFC2016BC、高端域控制器芯片CCFC3007PT等，最高安全等级可达ISO 26262 ASIL-D标准。国芯汽车也就这些产品，在网关控制芯片、仪表芯片、智能传感器芯片等12条车规产品线上实现了系列化布局。

不过近期国芯科技也开始探索RISC-V架构在汽车领域的应用，比如开启了首款基于RISC-V架构的车规MCU芯片CCFC3010PT的研发，该芯片采用的自研RISC-V CPU核心CRV4E。CCFC3010PT主要面向动力电池DC-DC和OBC应用，对标的正是上文提到的意法半导体Stellar MCU中的E系列（主要采用Cortex-M7内核）。

芯旺微电子作为国内少数拥有自主IP内核架构的MCU公司，已经基于Kungfu内核推出了多款车规级MCU，应用覆盖底盘动力、智能座舱、电机电源和车身控制等多域场景。去年芯旺微已经获得了ISO26262 ASIL-D的流程认证，今年也有部分KF32A系列的车规MCU产品获得了ASIL-B的证书。

近日，芯旺微发布了基于Kungfu32内核的32位车规MCU新品，KF32A158。KF32A158符合ASIL-B汽车功能安全等级，主频也达到了KF32A系列的新高120MHz，这也意味着Kungfu内核终于也在汽车中高端应用中实现了突破，可以用于更多的汽车控制系统中，诸如仪表控制、热管理等等。

写在最后

从以上不同架构的车规产品可以看出，要想打造一个符合功能安全的车规MCU，就少不了车规级IP的支撑。这一准则也不限于车规MCU产品，还有各种车规SoC产品，而这类产品除了要选择通过认证的CPU IP外，也还有各种车规接口IP、图形IP需要考量。芯片厂商要想进一步缩短车规芯片的上市周期，就该及时做好功能安全的设计规范，选择合适的车规IP。