多應用、確定性車規級MCU最大化提升安全性

作者 : STMicroelectronics

新款汽車架構的複雜性需要將多個獨立應用系統整合到一個功能強大,而且具備高整合度的MCU上,這通常涉及確定性和虛擬化二選一的問題。而Stellar可以做到兩者兼具。

意法半導體(STMicroelectronics,ST)推出其車用微控制器Stellar系列的進一步產品資訊,當中介紹了新款微控制器如何確保多個獨立即時應用軟體在執行的可靠性和確定性,這是當今汽車產業所面臨之最嚴峻挑戰之一,因為新款汽車架構的複雜性需要將多個獨立應用系統整合到一個功能強大,而且具備高整合度的MCU上,這通常涉及確定性和虛擬化二選一的問題。而Stellar可以做到兩者兼具。

作為這種新型控制器的先驅產品,Stellar高整合度MCU具有卓越的運算能力,可大幅簡化多源軟體並行及確定性執行,同時確保最高的安全性和處理性能。這些功能符合下一代連網汽車的電氣/電子(electric/electronic,E/E)體系架構的系統要求。為此,Stella導入了最先進的硬體支援虛擬化的處理器、服務品質設定、周邊隔離,以及晶片連線層面的資源隔離等新功能。這些功能確保軟體功能隔離不會造成相互干擾而且安全,獨立的應用軟體或虛擬ECU電控元件可以在同一顆MCU晶片上共存,支援同時存在多個ASIL安全級。

意法半導體與知名車用電子模組一級供應商博世(Bosch)合作開發這項新技術,以滿足OEM客戶未來的整合需求。Bosch副總裁Axel Aue表示,「我們將Stellar的功能定義為克服整合挑戰,同時保持相互隔離。這種系統的運算性能非常出色,而相變記憶體性能等於甚至超越了快閃記憶體的技術。此外,Stellar的無線韌體更新(FOTA)性能完美無缺,不用關機,而且沒有恢復過程。」

Stellar內建 Arm Cortex-R52多核心處理器,有些核心是以鎖步方式執行,有些核心採用分核執行模式,並具有2層記憶體保護單元和低延遲的通用中斷控制器。新MCU適用於達到汽車功能性安全標準ISO 26262的最高安全完整性等級ASIL-D的硬實時應用。新產品還有多個性能強大的加速器,用於安全資料路由、數據處理和運算功能 ,支援先進安全功能和各種通訊命令與控制。

這款高整合度的MCU在晶片上網路和記憶體層級使用虛擬機器ID (Virtual Machine ID,VMID),提供一個覆蓋多層面的全方位虛擬化功能。防火牆確保在所有晶片連線(包括外部周邊)層面的完全隔離。這些防火牆使Stella可以管理虛擬機器(VM)對外部周邊的使用權和和優先權,確保所有任務關鍵型功能可隔離執行。

透過其獨有的架構和硬體虛擬化功能,Stella以免干擾的方式確保應用執行的安全。相較於軟體虛擬化,硬體具有較為顯著優勢,包括降低處理器內核的任務負荷和虛擬化對記憶體的影響。同時,透過利用本身的硬體資源,Stellar解決了不斷提升之軟體複雜性和整合度的難題,成本低於各自執行內部管理和管理通訊協議堆疊相關延遲的多個獨立的ECU的總成本。

實際上,Stellar可以支援多個即時作業系統(OSes)獨立執行而不相互干擾。而這些即時作業系統可以分開管理功能安全等級不同的應用軟體。Stellar的處理性能非常出色,利用AES1專用加速器處理乙太網路或CAN2匯流排通訊加密演算法,降低MCASec3、IPSec4和CAN驗證所使用之主要硬體安全模組(Hardware Security Module,HSM)的負荷。

Stellar高整合度MCU整合非揮發性相變化記憶體(PCM)。PCM讀取速度快,具有快閃記憶體所缺少的單一位元可修改功能,確保無線(OTA)不關機更新,即使更新整個記憶體也不需要關機。除了更高的升級彈性和更多的讀寫次數外,期間單一位元動態修改(無需抹除)透過刷新位元消除單一位元錯誤,擴大了安全性設定,並延長了記憶體的使用壽命。

在高溫讀寫操作可靠性、輻射固化、耐擦寫能力和資料保留期限等方面,意法半導體依照汽車應用的最嚴格要求,開發出測試嵌入式相變記憶體技術,這款嵌入式相變記憶體ePCM達到了汽車AEC-Q100 Grade 0標準要求,最高工作溫度可達+165°C。迄今為止,意法半導體已向客戶提供了3,000多個樣品,已使用於汽車電子零件中大約一年的時間。

 

 

 

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