专家解读NXP下一代S32家族可扩展计算平台

【导读】 NXP推出的全球首个完全可扩展计算架构S32家族汽车处理器计算平台，将为主机厂、Tier 1供应商等合作伙伴应对目前电动化、智能化、互联化三大汽车发展趋势发展带来的挑战提供解决方案。

NXP（恩智浦半导体）正在巩固或奠定其在汽车控制器或处理器市场的领导地位，最近不仅推出了可扩展互联车辆SAF5400芯片，签下了广汽、长安、Torc Robotics、EB、海拉等合作伙伴，而且未来还将支持上海汽车城开展中国首次基于DSRC技术的智能网联汽车道路实证测试，推动中国车联网相关技术规范及标准的实现。

不仅如此，NXP还推出了全球首个完全可扩展计算架构S32家族汽车处理器计算平台，S32家族处理器将为主机厂、Tier 1供应商等合作伙伴应对目前电动化、智能化、互联化三大汽车发展趋势发展带来的挑战提供解决方案。

图1：恩智浦S32家族完全可扩展汽车处理器计算平台

首先，联网趋势的发展意味着，汽车底层电子架构要基于以太网有更大的带宽支持各种互联功能的实现；其次，无人驾驶汽车的出现要求汽车对它周遭运行环境的认知能力更强，而这样认知能力是基于车身所装备的一整套传感器来实现的。因此，未来汽车的传感器及融合系统对带宽就会有很高的要求，需要有数百兆的带宽能力；

最后，随着汽车电气化进程的不断推进，管理各种动力总成系统所要分配的计算资源越来越多，处理各种应用需要的算法越来越复杂，因此对底层架构的计算性能提出了很高的要求。

对汽车厂商而言，新的技术发展趋势带来的最大挑战在于，来自不同软件供应商体系的不同软件，如何在一辆汽车里面得到有效集成是目前面临的主要问题之一。为此，汽车厂商不得不耗费更多软件开发方面的资源，而新车上市的时间也被延长了。

与此同时，有鉴于这些新挑战和新应用的要求，汽车内部车载网络也变得越来越复杂。传统架构中，半导体硬件和软件系统之间存在着不匹配性，这就使得更新变得较为困难，而且不同应用之间也很难实现有效扩展。

图2：NXP保持在汽车处理器市场领先地位

因此，为了解决以上挑战，未来汽车的底层电子架构将会朝着高性能域架构的方向发展，它的联网能力更强，能够提供安全的OTA无线更新，同时开发效率高，是可升级、可扩展、能够适应未来发展的平台。

NXP下一代S32家族计算平台正是在此市场背景下开发出来的，它是一个完全可扩展的计算平台，基于公用架构，可以根据不同的应用，像雷达应用、网关应用、视觉的应用，添加特有的功能IP，派生出针对功能安全和动力总成应用的S32S/P、雷达应用的S32R、下一代网关应用的S32G、视觉应用的S32V、自动驾驶应用的S32A、以及通用的S32K。

根据性能不同以及使用ARM内核版本不同，S32计算平台有3个系列级别：1）低端的应用ARM Cortex M内核的，专门针对控制应用的，对于计算没什么要求，像S32K1以及S32K2以及S32M。2）中端的应用ARM Cortex R内核，也是针对控制应用，但又需要比较强的计算能力，像S32S、S32P、S32D。3）高端是应用ARM Cortex A53/57内核，主要针对高性能计算，像针对视觉应用的S32V，自动驾驶的S32A和面向下一代网关应用的S32G。

恩智浦资深FAE刘可鑫表示：“S32计算平台最大的优势是可以在不同的产品线之间最大化的复用代码。这样可以提高代码的复用性，提高开发效率，比如说应用于网关的代码，也可以用于域控制器。”

S32P主要应用于新能源汽车BMS、控制器以及动力方面的一些控制；S32D主要用于车身控制器；S32S主要应用于安全管理，针对于OEM对安全比如FOTA的需求。所有这些产品都是ASIL-D的，符合最高的安全等级。

具体来说，S32P247是专门针对新能源汽车BMS以及电机控制应用，集成8个Crotex-R52，两两锁步，16M Flash用于存放代码，512KB的 Data Flash，4M SRAM，都带有ECC，带有FD的8个FlexCAN，带有HSE的安全模块。

针对安全应用的S32S247，前不久刚刚推出来，也是8个ARM Crotex的R52，工作于锁步模式，最大工作主频达到800M。

针对BMS和动力总成应用，NXP推出稍低端的版本S32P257L，从8个Crotex-R52内核减少到4个，两两锁步。

针对于车身控制推出的域控制器S32D248，8个Crotex-R52内核，两两锁步，32M Flash。NXP还有一款针对安全应用的域控制器S32D220，这是没有Flash的，也就是说，是需要外挂Flash的。

NXP提供锁步核。如S32S有8个Crotex-R52内核，因为两两锁步，实际上是只有4个内核，未来满足于功能安全应用。NXP还有锁步核的DMA。所有这些存储都是带ECC的。所有的L外设都是冗余备份的。

这些是NXP S32P、S32S、S32D在功能安全方面的应用。现在新能源汽车对功能安全的要求越来越高了，NXP从功能安全提出时就开始参与标准审查和安全理念设计。NXP是第一个基于ARM架构CPU内核实现锁步功能的公司，还实现了本地的故障检测及解决，而且还做到多内核系统中，整个系统在某个CPU内核运行的某个功能失效时，不会出现该功能失效、系统崩溃的情况。

在信息安全方面，S32计算平台的安全硬件单元相比于MPC57系列的HSM，在性能方面有很大的增强，现在是满足于Evita高等级要求，实现RSA和ECC的非对称加密算法，还有基于Hash的签名认证。

最后，S32S可以满足车联网OTA方面的需求。随着车联网的不断普及，后续会越来越多的电子控制单元需要无线的升级代码，即通过OTA的方式升级部件，这对于安全的要求是非常高的。

NXP推出的S32S主要面向车联网前端，基本上是和车厂经销商交互的控制单元，主要是满足车厂对于OTA的需求。S32S在OTA方面的优势，一是支持多个部件，每个部件最大62M；二是多核系统，在某几个核执行代码的过程中，可以用另外的核同时升级这个代码；三是支持防篡改的认证。

S32V除了集成ARM Crotex-A53内核，还有视频进来后的预处理ISP以及性能彪悍的图像处理后期GPU。也就是说，S32V是由多个不同的功能单元合成的，因为对于车上系统来说，娱乐系统的安全等级是比较低的，但ADAS、视觉等对于功能安全等级的要求是非常高的。比如雷达，对于运算性能有比较强的要求，但同时对于功能安全要求也很高，如果运算能力很高、安全能力差，就会出现失效造成人员伤亡的事故。

刘可鑫说：“前不久，在中国大陆，基于S32V234实现环视、前视以及车道偏离辅助等L3级别自动驾驶的系统刚刚量产。”