紫光同芯动力底盘域控MCU THA6412，有何技术亮点？
作者: 付斌
汽车电子领域什么芯片最难做？那一定是动力底盘域控芯片，它被誉为汽车电子皇冠上的明珠，它象征着汽车电子产品高安全、高可靠、高性能的完美结合。
8月21日，紫光同芯发布了业界期待的高性能动力底盘域控MCU——THA6412，这款MCU背后有什么技术值得关注？本文详细解析其技术。
汽车MCU难在哪里
说起汽车MCU芯片，由于起步晚、研发周期长、回报慢、难度高、生态缺乏，目前国内中低端玩家众多。所以，为什么会出现这样的现状，高端汽车MCU难在哪里？
高端MCU开发难度主要体现在高可靠性实现上。以车规级的AEC-Q100标准为例，高可靠性不仅依赖于测试，更需要在设计阶段就进行充分保障，并在整车应用中经受时间的考验。
历史经验表明，设计端全面考虑对于提升可靠性至关重要。例如，在工艺选型中，需要选择高标准工艺并提供更加精确的模型。高端MCU由于功耗较大，设计中通常采用多物理场的混合仿真，通过更全面的设计仿真验证手段，虽然不能完全确保可靠性，但可以大幅提升设计完备性。与此同时，完善的生产管理控制也至关重要，确保芯片达到AEC-Q100认证标准。
在功能安全方面，高端MCU必须满足ASIL-D标准，这涉及车规级严格的开发流程。功能安全开发并非在后期补充，而是在芯片开发的过程中同步进行，有明确的定量要求。尤其是车规级控制用MCU，为了实现ASIL-D标准，需要数百条安全机制来确保功能安全。
代号背后的含义
关于THA6412的一切，都藏在其产品型号之中。
所谓THA6412，TH代表着清华，A6代表着汽车的高端系列，412是它的名字，代表4个CPU内核和12兆超大内存。
它基于Arm Cortex-R52+内核，采用28nm eFlash制程，包括3亿个晶体管，算力达到3.4KDMIPS，通过ASIL—D产品认证，性能媲美市场先进产品。具体来看，整体配置如下：
内核方面，内部集成4个Arm Cortex-R52+（400MHz）内核，其中有两组内核带锁步功能，可以满足ASIL—D最高的安全等级；
存储方面，内嵌入大容量12兆字节eFlash存储，可以用来存储大量的用户代码程序，配备1.4兆的高速SRAM，方便用户动态数据的存取；
外设方面，内部集成复杂的定时器模块GTM、旋变解码硬件单元RDC模块、高精度数模转换DSADC模块和信息安全模块；
接口方面，支持CAN、CAN FD、LIN、SENT、以太网，资源丰富，可以满足汽车应用各种复杂的需求；
引脚方面，使用车规级球栅阵列BGA封装形式，可以满足严苛的AECQ-100要求；提供516脚和292脚两种不同封装形式，面向不同的应用场景可以供用户做灵活的选型；可以做到和国际主流竞品Pin to Pin兼容，实现无缝替代，大幅降低客户的开发难度；
集成自研选编解码RDC模块，这是国内首家全自研特色IP，已获得多项国家专利，拥有完整的自主知识产权。RDC模块是专为电机控制类应用设计的模块，可以支持旋变传感器和电涡流传感器的信号结算，高效生成电机的转速和角度信号，大幅降低CPU的工作负载，节省专用的旋变处理芯片，使得新能源车的电机控制方案更低成本、更高性能、更安全；
集成博世特色的IP GTM 4.1，它是博世专门为发动机、底盘、电机以及数字电容类设计的特色IP，是高端域控MCU标配，同时紫光同芯在GTM内集成了独立的MCS加速单元，可以在200兆主频下工作，用协处理器硬件加速降低主CPU负载。还有多种定时器的组合来处理复杂的时序信号，包括TIM、TOM、ATOM、TIO等，非常适合用在发动机的喷油、点火等信号处理，以及主驱电机的控制方面。此外，GTM 4.1增加了超高精度的PWM信号输出功能，分辨率可以高达皮秒级，非常适合在车载电源的OBC和DCDC的车载电源里应用；
集成高性能HSM性能模块，可以支持多项信息安全功能，包括系统安全启动、可配置的密钥管理、授权的调试以及存储的保护，支持各种国际以及国密的加密算法，可以达到汽车信息安全领域的最高的等级，为整车系统以及车路云一体提供最高等级的安全保障；
集成400多条功能安全机制，保证满足ASIL-D的定量指标要求，同时在IC和IP层级都做了大量的定量和定性的安全分析，通过需求管理工具来保证在芯片设计、验证和需求之间的可追溯性。
为何强调R52+内核
值得关注的是，本次新产品中采用的Arm Cortex-R52+内核是非常经典的内核，而且最近几年的趋势是诸如R52+这种Armv8-R解决方案在汽车行业用量越来越大。
随着汽车电气电子（E/E）架构向计算资源的集中方向发展，随着多个实时功能被合并为区域控制器，对处理器性能的需求正在提高，操作系统和软件的复杂性也会增加，同时对于实时性的要求也高。
相比来说，Armv8-R体系结构增加了支持，使其能够在单个处理器中更好地控制软件，提供代码的隔离，并支持可重复和可理解的行为，包括在实时处理器中的虚拟化。此外，R52+处理器是高度可配置的，可以被定义以满足实现者的应用程序要求。
而R52+则拥有三大基础技术：一是软件隔离，可以让软件功能互不干扰。对于安全相关的任务，这也意味着需要认证的代码更少，从而节省了时间、成本和工作量；二是支持多操作系统，借助虚拟化功能，开发人员能够在单个CPU内，使用多个操作系统整合应用，简化功能的添加，无需增加电子控制单元的数量；三是实时性能，R52+的高性能多核集群可为确定性系统提供实时响应能力，且在所有Cortex-R产品中产生的延迟最低。 
助力汽车智能化电气化发展
紫光同芯现场介绍THA6412的几个实际应用。
首先，THA6412是功能安全双电控的最佳选择。在新能源动力域控领域，多合一电驱系统是发展趋势，四组Cortex-R52+ CPU可以支持任务的有效合理分配，满足多种控制功能集成的需求。集成专为电机控制设计的特色GTM、DSADC、RDC模块，满足双电机旋变信号的硬解码需求。此外，开发方面，紫光同芯拥有多合一软件平台的集成式开发。
其次，THA6412是高性能动力域控的完美解决方案。在传统动力域控领域，发动机、变速箱以及混动系统融合是业界趋势，THA6412通过多核CPU的强大算力，可以支持发动机、变速箱、HCU、PDCU融合方案的开发，另外超大的程序存储以及SRAM空间，最高满足达到国6发动机电控数据开发标定的挑战，同时还有专为发动机控制应用设计的，GTM、ADC、MCS、定时器等丰富的外设资源。
接着，THA6412为智能新能源车的底盘运动控制提供了可靠的保障。底盘域控领域，最新趋势是线控转向、主动悬架，整车运动控制，对主控芯片的算力、实时性、安全性提出了非常高的要求。THA6412则提供高安全的ASIL-D锁步内核，同时使用R52+内核的硬实时中断处理模块，可以同时管理960个中断事件，加上强大的GTM、ADC等外设资源保障。
最后，THA6412可用于面对跨域融合ZCU的应用。对于下一代整车电子电气架构，目前的E/E架构向中央平台和区域控制器的方向演进，车身、网关、整车配电、底盘等多种功能正在融合。THA6412通过集成高速千兆以太网通信以及LIN、SPI、PSI5等丰富接口资源，提供了丰富的通讯接口，同时它集成了大量的eFlash空间，可以支持AB面无感程序的升级，给用户带来全新的使用体验。
第二代MCU全面覆盖动力应用
THA6412属于紫光同芯汽车MCU第二代产品。回顾2021年推出的第一代THA6产品，它成功实现国内首个百万公里路测，已在北汽红旗车型上累计完成接近300公里的水平，并在电驱动总程系统、柴油发动机上实现了量产，汽油发动机上正在开发中，明年也会实现乘用车的量产装车。
第二代THA6整体定位于高性能、高实时性，基于Arm-Cortex R52+内核，采用28nm eFlash工艺，充分发挥了R52内核的性能优势。此外，紫光同芯将安全芯片技术整合到车规MCU中，并在芯片中实现了Flash与CPU的高速连接。
这一平台架构设计从一开始便考虑了未来系列化扩展的需求，可支持从单核到六核的产品，未来还将开发更高端应用。此外，客户如果对定制有需求，内置的解码模块可以支持软解码和硬解码。目前第二代THA6已通过功能安全流程认证和产品认证，并已量产，交付客户在进行导入和开发。
在硬件安全方面，紫光同芯结合其在全球领先的安全芯片技术，提供完整的国际和国内算法支持，并提供相应的软件安全解决方案。
第二代MCU产品系列布局可以匹配到不同的应用，拥有不同的配置。其产品线针对不同的混动和纯电需求进行了细分，并在电驱应用中重点关注高可靠性和高安全性。
此外，全系列产品在封装和软件兼容性方面也进行了提升，并根据不同驱动数量，提供了适配单电驱和双电驱的方案。
面向新能源车动力系统的挑战，包括效能、功能安全、信息安全、成本、高性能，紫光同芯采取了一系列措施，希望能够给客户提供性价比更优的产品。
随着电子电气架构的不断升级，THA家族还会有更多新产品面市。
紫光同芯凭借20多年在安全芯片领域的积累，逐步在汽车电子领域取得突破。未来，公司将布局九大类汽车芯片产品，覆盖全域解决方案，提供高性价比产品和优质服务，期待与产业链上下游共同构建生态，实现共赢发展。
