Halbleiter im Fahrzeug
40-nm-MCU für den Einsatz im Kombiinstrument
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Höhere Speicherdichte bei ¬niedrigerem Speicherbedarf
Beispiele für das Integrationspotenzial durch die Migration zum 40-nm-Node sind die Automotive-Mikrocontroller der Traveo-Familie von Cypress Semiconductor. Die aktuellen 40-nm-Traveo-Bausteine verfügen über bis zu 4 MB Embedded-Flash-Speicher, der mit bis zu 80 MHz ohne Wartezyklen arbeitet, und 384 kB SRAM. Die 40-nm-MCU S6J331X/S6J332X/S6J333X/S6J334X enthalten außerdem einen ARM-Cortex-R5F-Kern mit einem Befehls- und Datencache, der mit bis zu 240 MHz arbeitet und 400 DMIPS liefert (Bild 2).
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Für viele Kombiinstrumente wird der Embedded-Speicher der Serie S6J33xx ausreichen. Das hilft, die Kosten, den Energieverbrauch und den Platzbedarf gering zu halten. Für die Fälle, in denen der Embedded-Speicher der 40-nm-Bausteine nicht ausreicht, verfügen die Traveo-MCUs über eine HyperBus-Schnittstelle, über die sich externer Speicher anschließen lässt. Die aktuelle Generation der HyperRAM- und HyperFlash-Speicher von Cypress weist eine Spitzenbandbreite von 200 MB/s über eine 3-V-HyperBus-Schnittstelle auf. So erhält der Anwender eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ohne die hohen Kosten des Einsatzes von DRAM.
Wichtiger noch: Die Implementierung der Traveo-Plattform in 40 nm erlaubt die Integration aller Funktionen eines Hybrid-Kombiinstruments:
- Die Kommunikation erfolgt über die sechs Kanäle einer CAN-FD-Schnittstelle. Ein Ethernet AVB Media Access Controller (MAC) ermöglicht die Kommunikation der Einheit mit dem Netzwerk-Backbone des Fahrzeugs. Außerdem gibt es eine serielle Multifunktionsschnittstelle mit bis zu zwölf Kanälen.
- Die Sicherheit der Daten und Signale für das Kombiinstrument wird durch die Secure Hardware Extension (SHE) des IC gewährleistet, einen gesicherten Bereich, innerhalb dessen der Baustein den Schlüssel speichert, AES-128-Datenverschlüsselung und -entschlüsselung vornimmt und Zufallszahlen erzeugt.
- Die Ansteuerung der elektromechanischen Elemente – die MCU enthält sechs Controller für Stepper-Motoren für den Antrieb der Zeiger von Tachometer, Drehzahlmesser usw.
- Das Audio-Subsystem – ein Audiomischer mit zehn Eingängen in Verbindung mit einem Stereo-D/A-Umsetzer kann eine Vielzahl ansprechender Töne erzeugen und über eine zweikanalige I2S-Schnittstelle an die Lautsprecher des Fahrzeugs weitergeben. Cypress liefert ein Audio-Authoring-Werkzeug, das diese Funktion unterstützt.
- Der LCD-Controller – dieser Baustein kann ein TFT-LC-Display mit 4 × 32 Segmenten ansteuern. Er liefert ein einfaches RGB888-Videosignal.
- Die Systemsteuerung – ARMs Cortex-R5F-Kern unterstützt Echtzeitoperationen. Auf ihm läuft das Betriebssystem AUTOSAR 4.0.3. Die Echtzeitfähigkeit ist für sicherheitskritische Funktionen, z.B. den Antrieb der Tachometernadel, unverzichtbar.
Dank dieser Kombination von Fähigkeiten sind die aktuellen Bausteine der Serie S6J33xx ideal für Hybrid-Kombiinstrumente mit einem kleinen Display. Sie sind hochintegriert, ermöglichen den Entwicklern eine Optimierung der Größe und Materialkosten ihres Systems und liefern eine hochwertige Darstellung der außerhalb des Chips erzeugten Grafik. Die Bausteine enthalten außerdem einen LCD-Bus-Controller (Bild 3).
In Verbindung mit dem Display-Controller ist das eine kostengünstige Lösung zur direkten Ansteuerung von Displays. Die Ebene des Display-Subsystems enthält einen Layer, der die Dekomprimierung unterstützt. Die Teilebene kann bis zu acht Layer mit unterschiedlichen Größen, Farbformaten und Aktualisierungsraten umfassen. Die acht Layer selbst können nicht überblendet werden, die beiden Ebenen lassen sich jedoch mit Hilfe eines Alpha-Kanals überblenden. Alle Layer können in einem beliebigen Speicher, auch in externem HyperFlash oder HyperRAM, abgelegt werden.
Das Auslesen der verfügbaren Grafiken aus verschiedenen Quellen erlaubt das Ansteuern des angeschlossenen Display, ohne dass hierzu ein Frame Buffer erforderlich ist. Dadurch verringert sich der Speicherbedarf für eine gegebene Display-Größe oder -Auflösung.
Implementierung der Grafik ins Kombiinstrument
Die Migration zum 40-nm-Node hat Cypress in die Lage versetzt, das Inte-grationsniveau der Funktionen und Fähigkeiten ihrer Automotive-Mikrocontroller wesentlich zu steigern. Insbesondere die Bereitstellung von bis zu 4 MB Onboard-Flash-Speicher ermöglicht den Betrieb von 2D-Grafik-Displays in modernen Hybrid-Kombiinstrumenten ohne Rückgriff auf externen Speicher. So lassen sich der Platzbedarf, die Leistungsaufnahme und die Materialkosten des Systems erheblich verringern.
Einfache Entwicklung
Der Einsatz einer Ein-Chip-Lösung, wie der Traveo S6J33xx MCU für diese neuen Hybrid-Kombiinstrumente, vereinfacht außerdem die Entwicklung, weil der Betrieb der gesamten Einheit innerhalb einer einzigen Entwicklungsumgebung, die die MCU unterstützt, implementiert werden kann. Hinzu kommt, dass andere Bausteine der Traveo-MCU-Familie die Möglichkeit zur Migration in Richtung hochwertigerer Hybrid-Armatureneinheiten eröffnen. So enthält die Serie S6J327Cx beispielsweise hocheffiziente 2D/3D-Grafik-Engines und unterstützt verbreitete Grafik-Entwicklungswerkzeuge, wie CGI Studio und Altia Design.
Die Verfügbarkeit zahlreicher Varianten der Traveo-MCU-Plattform erlaubt es den Herstellern, eine Grundausführung des Kombiinstruments einfach zu modifizieren, um die Spezifikationen von Fahrzeugen unterschiedlicher Klassen mit einem einzigen Satz von Entwicklungswerkzeugen zu bedienen.
Dadurch haben die Hersteller von Kleinwagen und Mittelklassefahrzeugen nun die Möglichkeit, die große Lücke zwischen den herkömmlichen und modernen, attraktiven Kombiinstrumenten wie im Audi TT zu geringen Mehrkosten im Vergleich zu herkömmlichen Modellen zu schließen.
Der Autor
| Mathias Bräuer |
|---|
| ist Director Automotive MCU Marketing bei Spansion. Seit über 29 Jahren ist der studierte Informatiker in der Halbleiterbranche tätig, vor allem im Automotive-Bereich. So leitete er bereits vor Spansions Fusion mit Fujitsu Semiconductors viele Jahre lang das Fujitsu-Automotive-Team in Langen bei Frankfurt a.M. Zuvor war er in verschiedenen Positionen, unter anderem in der ASIC-Entwicklung bei Philips Semiconductors (jetzt NXP), tätig. |
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