Arm处理器助力构建区域控制器

作者：Arm 汽车事业部高级产品经理 Prakash Mohapatra

汽车行业正在经历前所未有的巨大变革。在多种趋势的共同作用下，整个行业供应链深受影响。软件定义汽车 (SDV)、自动驾驶和电气化正在促使整车厂针对软硬件开发周期重新进行全方位的思考。

为了更好地管理多个计算元件，并应对日益增长的软件复杂性（包括对 OTA 远程无线更新的支持），汽车架构正在持续地发展演进。传统的模式中，分布式的电子控制单元 (ECU) 管理着汽车中一些特定的功能，因此为了不断为车辆引入新特性和功能，有更多的 ECU 被添加到架构中。然而，这种模式大大提高了管理复杂软件和软件更新的难度，既不具备可扩展性，也不适合 SDV 的发展。

为此，汽车行业正逐步朝着更加集中的架构发展演进。这就意味着负责管理多个功能且空间上布局分散的多个 ECU ，将被整合到可运行多种软件工作负载的少数但功能强大的区域控制器中。

运行多个软件工作负载的关键要求之一是确保不同软件工作负载之间免于干扰 (FFI)。在与混合关键软件结合使用时，这一点尤为重要。例如，需要将遵循质量管理要求的 ASIL B 或 ASIL D 等级软件组件结合使用时。

实现 FFI 的一种方法是通过沙箱技术将每个软件组件部署到由分离内核隔离的多个虚拟机中。而 Armv8-R 可通过实时虚拟化支持此功能。通过在基于 Armv8-R 的处理器（如 Cortex-R52 和 Cortex-R52+）上使用虚拟机管理程序或更简单的分离内核，可实现多软件工作负载之间的 FFI。

因此，Arm Cortex-R52 和 Cortex-R52+ 处理器是构建区域控制器的理想平台之选，而区域控制器可用于部署多种软件工作负载。目前，这类工作负载运行在分布式的 ECU 上，其中许多 ECU 均基于 Arm Cortex-M 处理器。

架构集中化趋势也促使车辆内的域控制器数量不断地增加。域控制器可以负责管理数字化座舱、先进驾驶辅助系统 (ADAS)、功能安全、网关、车身和底盘等特定功能。这些控制器用于执行计算密集型任务，并连接到多个 I/O 或传感器。

Cortex-R 处理器所具备的高实时性、高计算性能也使其成为域控制器设计的理想选择。区域控制器可以在这些设计中整合 I/O 功能，而域控制器负责更高级别的软件任务。

未来，域控制器和区域控制器将在汽车设计中被更多地使用，而 Cortex-R 处理器也将在其中发挥着重要作用。包括整车厂、一级供应商以及软件和工具提供商在内的汽车行业将想方设法，把其现有软件从基于 Cortex-M 处理器的设计无缝迁移到基于 Cortex-R52 和 Cortex-R52+ 处理器的设计上。为满足这一需求，Arm 创建了软件迁移指南，帮助指导将现有软件从基于 Armv7-M 的设计迁移到基于 Armv8-R 的设计。

该指南对 Armv7-M 和 Armv8-R 架构进行了比较，并针对如何将软件从基于 Cortex-M 的设计迁移到基于 Cortex-R52 和 Cortex-R52+ 的设计提供了指导。指南中涵盖以下内容：

指令集

寄存器集

异常模型

中断

虚拟化

系统寄存器

内存模型

工具

启动

在区域架构这一趋势的持续演进过程中，独立 ECU 以及被广泛应用的基于 Cortex-M 处理器的微控制器 (MCU) 仍将在汽车中发挥着至关重要的作用（点击阅读相关文章）。这些 MCU 将推动远程边缘传感点的部署，以低功耗和高效率控制车内的特定操作，并适配 SDV 的新软件架构。

然而，对于希望在区域控制器中复用其现有软件的合作伙伴，以及在新项目中使用基于 Cortex-M 和/或 Cortex-R 设计的合作伙伴，这份新指南必将能提供切实有效的帮助。