Eine Plattform, eine Basis-Software –vielfältige automobile Anwendungen X4 – Alles unter einem Schirm

X4 steht für die 4. Generation der auf der 32-bit-V850- Architektur basierenden Mikrocontroller-Plattform von NEC Electronics. Diese sind mittlerweile weltweit die im Automobilbereich über alle Applikationen am häufigsten eingesetzten Controller. Der Ansatz über eine Plattform wurde gewählt, um die Wiederverwendbarkeit von Hardware- und Software-Design für Mikrocontroller und Anwendungs-Software zu unterstützen.

Der Applikationsansatz von NEC Electronics für seine Mikrocontroller-Derivate im Automobilbereich ist an den Bauteil- Serien („x Series“) zu erkennen. Jede Series wurde dabei für ein dediziertes Einsatzgebiet entwickelt. Eine Series besteht aus vielen Controllern und unterstützt damit die notwendige Skalierbarkeit eines Anwendungsbereichs (Bild 1):

  • D Series: Anwendungen im Bereich von Instrumentenkombis und Fahrzeugkonsolen.
  • F Series: Anwendungen im Komfortbereich.
  • S Series: Audio-Anwendungen.
  • R Series: Anwendungen im Bereich sicherheitskritischer Systeme.

Eingeführt wurden die Series bereits vor mehreren Jahren. Der Grund waren die vielfachen Abstufungen bei den Anwendungen – von Low- über Mid-Range bis zu High-End inklusive diverser Zwischenstufen. Ausgehend vom Markterfolg der V850-basierten Controller-Familien und dem entsprechenden Know-how wurde ein skalierbares Konzept entwickelt, das es erlaubt, eine identische Hardware-Architektur in unterschiedlichen Anwendungen einzusetzen und gleichzeitig die Software mehrfach zu verwenden.

Umbrella-Chip als Ausgangsbasis

Der letzte Schritt zu einer applikationsübergreifenden Plattform wurde dann mit der Entstehung von AUTOSAR ausgelöst. Um den Aufwand der Anpassung und der Qualifizierung von Software zu minimieren, musste eine bauteilfamlien-übergreifende Plattform entwickelt werden. Das Ergebnis ist nun die X4-Plattform von NEC Electronics, welche alle gestellten Anforderungen erfüllt. In der Realität bedeutet dies beispielsweise, dass die Peripherieblöcke auf jedem Derivat identisch in Aufbau, Funktion und Adressierbarkeit sind und sich nur durch die Anzahl unterscheiden. Die Anforderungen an die X4-Plattform wurden nun in einem Umbrella-Chip umgesetzt, der folgende Aufgaben erfüllt:

  • Evaluierungsvehikel: Der Umbrella-Chip enthält alle Makros, welche in der X4-Plattform verwendet werden. Mit ihm sollen Designs und Makros auf ihre Funktionstüchtigkeit getestet werden. Nachdem diese Tests erfolgreich ausgefallen sind, werden alle X4-Derivate der diversen Series mit den im Umbrella- Chip verwendeten Makros entwickelt. Damit reduziert NEC den Evaluierungsaufwand und minimiert das Risiko von möglichen Fehlern in den daraus entstehenden Derivaten.
  • Toolchip: Die Emulatoren sind lange vor dem Erscheinen der eigentlichen Zielbausteine verfügbar, weil sie alle mit demUmbrella-Chip ausgerüstet werden.
  • Frühe Prototypen: Als realen Chip können alle Anwender den Umbrella-Chip in ihrer Zielan- wendung verwenden. Über die entsprechende Software-Konfiguration und entsprechende Adapter oder Sockel kann der Chip zum Einsatz gebracht werden, bevor das eigentliche Zielderivat verfügbar ist. Damit sind Gehäusetypen von 64-Pin-QFP bis 404-Pin-BGA möglich sowie Speichervarianten von 256 Kbyte Flash bis 3 Mbyte Flash.

 

Über 100 Derivate in Planung

D Series im Instrumentenkombi Die Ansteuerung von TFT-Displays ist das wichtigste Merkmal der DSeries-Bausteine – mehr als 20 unterschiedliche Bausteine sollen zu dieser Familie gehören. Dabei werden einfache

Über 100 Derivate in Planung

D Series im Instrumentenkombi Die Ansteuerung von TFT-Displays ist das wichtigste Merkmal der DSeries-Bausteine – mehr als 20 unterschiedliche Bausteine sollen zu dieser Familie gehören. Dabei werden einfache LCDs genauso unterstützt wie High-End-HUXGA-TFT-Anzeigen mit Farbdarstellung sowie 2D- und 3D-Drawing-Engine. Entsprechend groß ist die Leistungsbandbreite der D-Series-Bausteine. Der kleinste Baustein zur Ansteuerung von LCDs mit 4 × 40 Segmenten hat ein 100-Pin- QFP-Gehäuse, 128 Kbyte Flash-Speicher, eine CAN-Schnittstelle und vier Schrittmotor-Ansteuerungen. Getaktet wird er mit maximal 32 MHz. Der größte Baustein kann mit bis zu 300 MHz getaktet werden und ist in einem 672-Pin-BGA-Gehäuse untergebracht. Er enthält unter anderem mehrere CAN-Schnittstellen sowie Schnittstellen für FlexRay, Ethernet, MediaLB und I2S. Es wird ein externer Speicherzugriff für DDR3-800- Speicher mit einer Übertragungsrate bis zu 3,2 Gbyte/s unterstützt. Zusätzlich gibt es eine umfangreiche Grafikbibliothek, u.a. beinhaltet diese für die 3D-Drawing-Engine den OpenGL/ES-API.

F Series für  komfortanwendungen

Die F Series besteht aus mehr als 50 Derivaten, die sämtliche Leistungsanforderungen abdecken: von Low-Endüber Mid-Range- bis zu High-End- Bausteinen. Mit den V850E/FX4-LBausteinen am unteren Ende der Leistungsskala werden Projekte bedient, welche einen Kostenvorteil gegenüber der Vorgängergeneration FX3 umsetzen wollen oder mehr Speicher benötigen. Mit den V850E/FX4-Bausteinen im mittleren Leistungsbereich werden Projekte unterstützt, in denen via FlexRay kommuniziert wird oder die einen erhöhten Speicherbedarf haben bzw. eine Rechenleistung von 100 bis 200 DMIPS erfordern. Die V850E/ FX4-H-Bausteine enthalten Schnitt stellen für FlexRay und Ethernet bei einer maximalen Rechenleistung bis zu 400 DMIPS.

S Series für Audio-Anwendungen

Die auffälligste Schnittstelle der V850E2/SX4-H-Bausteine ist die MediaLB- Schnittstelle zur Anbindung an ein MOST-Netzwerk. MOST (Media Oriented Systems Transport) ist ein Protokoll für Infotainment-Netzwerke in Kraftfahrzeugen. Dabei werden über Glasfaserverbindungen Datentransferraten von 25, 50 und 150 Mbit/s unterstützt. NEC Electronics bietet dafür X4-basierte Bausteine mit 100-, 144- oder 176-Pin-QFP-Gehäusen an. Die Flash-Speicher verfügen dann über eine Kapazität von 1 bis 2 Mbyte für Anwendungsprogramme sowie 32 Kbyte für EEPROM-Emulations- Datenspeicher. Als Arbeitsspeicher stehen zwischen 96 und 192 Kbyte sowie zusätzlich jeweils 32 Kbyte als Back-up-RAM zur Verfügung.

R Series für sicherheitskritische Anwendungen

Für passive sicherheitskritische Anwendungen ist zum Beispiel der Airbag die klassische Zielapplikation für die R Series. Der V850-basierte E2- Rechenkern kann mit 80 MHz getaktet werden, was eine Rechenleistung von mehr als 200 DMIPS ermöglicht. Alle Bausteine sitzen in einem 100-Pin- QFP-Gehäuse und enthalten zwischen 256 Kbyte und 1 Mbyte Flash-Speicher. Ab einer Flash-Speichergröße von 512 Kbyte ist optional eine FlexRay-Schittstelle verfügbar. Die X4-Plattform wurde basierend auf dem Markterfolg der Vorgängerbausteine und in Abstimmung mit den Kundenanforderungen entwickelt. Der Umbrella-Chip und die darauf basierten Emulatoren sind bereits verfügbar (Bild 2); ebenso die ersten Bausteine der D Series. Die Bausteine der F Series folgen im zweiten Quartal 2010. Danach folgen die Bausteine der S und R Series.