Mikrocontroller-Architekturkonzept Mehr Leistung, weniger CO2

Infineon bietet mit seiner neuen 32-bit-MCU-Familie Audo Max ein erweitertes Architekturkonzept des bewährten TriCore und Lösungen mit noch höherem Speziali-sierungsgrad für die Applikationsfelder Antriebsstrang und Karosserieelektronik im Kontext mit Sicherheitsanwendungen. Im Bereich Antriebsstrang handelt es sich dabei neben dem klassischen Motor-Management um Getriebesteuerungen und das Anwendungsgebiet der Elektro- und Hybridfahrzeuge. Dazu kommen Fahrwerksteuerungen wie etwa Dämpferysteme und Chassis-Controller.

Mit der Familie Audo Max kommt bereits die vierte TriCore-Familie (nach Audo, Audo NG und Audo Future) auf den Markt. Hinsichtlich der Architektur handelt es sich dabei um einen asymmetrischen Multicore-Prozessor, bestehend aus einem Haupt-Prozessor und einem Co-Prozessor (PCP: Peripheral Control Processor).

Warum bleibt Infineon aber dieser asymmetrischen Architektur treu? Vor einigen Jahren erreichte die TriCore-Version 1.2 gerade mal eine Taktrate von 40 MHz, damals in 250-nm-Technologie. In der jüngsten Generation, TC1.6 werden Taktraten von bis zu 300 MHz erreicht, jetzt mit Hilfe eines 90-nm-Prozesses. Sicherheitsanwendungen sind mit dieser Architektur ebenfalls darstellbar, und spätestens wenn eine Applikation, die auf einer Single-Core-Architektur basiert, auf eine Dual-Core-Architektur umgestellt werden soll, wird klar, dass der Entwicklungsaufwand auf der Software-Seite erheblich ist und gleichzeitig sich die Leistung durch einen zweiten Prozessorkern, u.a. aus Arbitrierungsgründen, nicht verdoppelt. So bietet ein leistungsfähiges Single-Core-System den Vorteil einer einfacheren Software-Wiederverwendung und einer bewährten Tool-Chain. Wird also Infineon auch zukünftig bei Single Core Architekturen bleiben? Nein, Infineon wird künftig auch Multi-Core-Controller anbieten, die auf der TC1.6-Architektur aufbauen. Die Leistungsfähigkeit heutiger Single-Core-Mikrocontroller, insbesondere der Audo-Max-Familie, ist aber ausreichend, um die Anforderungen der derzeit entwickelten Anwendungen abdecken zu können (Bild 1).

Gegenüber dem Vorgänger TC1797 (Audo Future, TC1.3.1), der heute als Referenz für High-End-Anwendungen im Antriebsstrang gilt, liegt der Leistungszuwachs beim TC1798 (Audo Max, TC1.6) bei rund 52 Prozent. Dies erlaubt auch die kommenden Generationen von Motorsteuerungen, auch unter dem Aspekt der Energieeffizienz, zukunftssicher auszulegen. Zur Ermittlung der Controllerleistungsfähigkeit wurde der Applikations-Code einer Vierzylinder-Diesel-Direkteinspritzung verwendet. Dies hat gegenüber von Standard-Benchmarks, wie beispielsweise dem EEMBC, den Vorteil, dass die gesamte Architektur inklusive Speicherzugriffszeiten in die Bewertung einfließt, statt nur die Leistungsfähigkeit des Cores zu bewerten.

Eine weitere wichtige Neuerung betrifft die FPU (Floating Point Unit),die nun einen Wert von 2,0 Floating Point Operations/Cycle erreicht – im TC1.3.1 waren es 0,6 Operationen/Takt.

Dies erlaubt Vereinfachungen bei der Software-Erstellung und flexibleren Einsatz von Software-Modulen über verschiedene Anwendungen hinweg. Erreicht wird der FLOPS/Cycle-Anstieg durch eine neue FPU-Stufe und dezidierte Hardware, die es beispielsweise ermöglicht, die zeitintensive DIV-Instruktion in neun statt früher 15 Zyklen abzuarbeiten.

Um eine möglichst reibungsarme Migration von niedrigeren zu höheren TriCore-Versionen zu gewährleisten, ist der TC1.6-Befehlssatz so ausgelegt, dass er rückwärtskompatibel zum TC1.3.1 ist. Objekt-Code, der z.B. für den TC1797 (TC1.3.1) entwickelt wurde, ist somit auch auf einem TC1793 (TC1.6) lauffähig. Beispielsweise sind die „Core Special Function Register“ bei beiden TC-Versionen auf denselben Adressen verfügbar (gleicher Adress-Offset und Adress-Mode).