RISC-V IP的車規(guī)之路

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚）對于汽車電子產(chǎn)品來說，開發(fā)周期長車規(guī)認證麻煩已經(jīng)是業(yè)界共識了，這意味著RISC-V也不例外，哪怕這個ISA正在以迅雷不及掩耳之勢滲透進各個行業(yè)中。

基于RISC-V的車規(guī)芯片必須經(jīng)過AEC-Q100的可靠性認證，如果是汽車網(wǎng)關(guān)之類的芯片還得過ISO/SAE 21434的網(wǎng)絡(luò)安全認證。RISC-V IP本身也必須通過ISO 26262的功能安全認證，軟件上要想直接完成平臺兼容也必須符合AUTOSAR的規(guī)范。

在ISO26262規(guī)范中，控制網(wǎng)關(guān)、座艙和一些簡單傳感器的芯片IP往往需要過ASIL-B的認證，而實現(xiàn)ADAS、電池管理和與動力控制等復(fù)雜功能的芯片IP則需要更高的ASIL-D認證。與此同時，隨著汽車架構(gòu)從Domain架構(gòu)慢慢轉(zhuǎn)向計算集中的Zone架構(gòu)遷移，汽車芯片的算力也在提升，因此RISC-V IP核在性能上也不能馬虎。

以上要求可以看出，車規(guī)芯片的設(shè)計有多么煩瑣，打造一款RISC-V車規(guī)芯片的第一步，就是選擇或設(shè)計一款功能安全合規(guī)的RISC-V IP。好在RISC-V上車的進程已經(jīng)提速，不少廠商都已經(jīng)準備或布局了ISO 26262的處理器IP，幫助IC設(shè)計公司解決隨機硬件失效、系統(tǒng)失效等安全問題。

晶心科技

晶心科技的N25F-SE就是這樣一款汽車功能安全IP核心，預(yù)計今年上半年完成ISO 26262 ASIL-B認證。該IP基于晶心自己的AndeStar V5指令集架構(gòu)（兼容RISC-V），并采用了32位、5級流水線的設(shè)計，集成了單浮點精度/雙浮點精度的FPU，指令緩存和數(shù)據(jù)緩存最高32KB，指令和數(shù)據(jù)本地內(nèi)存最高可達16MB。

N25F-SE可以看做是N25F的功能安全加強版，引入了不少安全機制。比如利用基于SECDED的ECC內(nèi)存保護機制來杜絕數(shù)據(jù)損壞，在軟件上強制實施特權(quán)與訪問規(guī)則來保護物理內(nèi)存，以及自動檢測棧溢出的StackSafe機制等等。

晶心科技也為其N25F-SE IP在車規(guī)上的諸多應(yīng)用場景做了構(gòu)想，比如艙內(nèi)毫米波雷達系統(tǒng)。N25F-SE既控制雷達子系統(tǒng)，又作為主機控制器，用于艙內(nèi)存在監(jiān)控系統(tǒng)，通過檢測人體的頭部運動和身體語言來判斷駕駛員的疲勞狀態(tài)。此外，N25F-SE也可用于中控的觸控與顯示驅(qū)動芯片（TDDI）或是汽車MCU等。

芯來科技

芯來除了有著N、NX和UX這一系列完整的商業(yè)級IP產(chǎn)品線以外，也在ASIL-B和ASIL-D車規(guī)功能安全上做了一些安全機制的實現(xiàn)，比如利用軟件自測試檢測硬件故障，在ILM、DLC、I-Cache和系統(tǒng)總線上實現(xiàn)ECC糾錯和奇偶校驗保護，以及延遲雙核鎖步的冗余設(shè)計等等。

芯來計劃在今年Q3到Q4左右完成NA900（32位）的ASIL-D認證，并在今年啟動NA900（32位/64位）和NA300（32位）的ASIL-B認證流程，明年啟動NA300（32位）的ASIL-D認證流程。其中300系列為3流水線單發(fā)射，900系列為9級流水線雙發(fā)射的，通過認證后，NA900可以說是目前的車規(guī)RISC-V IP中性能最高的了。

NSITEXE

日本也有一個專注于設(shè)計與開發(fā)RISC-V IP的公司，那就是日本電裝的全資子公司NSITEXE。要說RISC-V車規(guī)產(chǎn)品商用化最快的廠商，還得是他們，NSITEXE的RISC-V協(xié)處理器IP DR1000C早就在去年授權(quán)給了瑞薩，并用于瑞薩的汽車MCU RH850/U2B。

DR1000C在該MCU內(nèi)主要作為矢量擴展，卸載一些計算處理任務(wù)來減輕負擔，比如AI推理、傳感器數(shù)據(jù)處理等等，其本身已經(jīng)通過了ISO 26262的ASIL-D認證。不過NSITEXE倒也不想局限于DR系列的數(shù)據(jù)流處理器，畢竟這類處理器主要還是在汽車MCU中作為輔助計算單元，于是也開始推出RISC-V的車規(guī)CPU IP方案，比如NS31A。
NS31A是一款通用RISC-V CPU，基于32位RV32IMAF的架構(gòu)，采用了單發(fā)射、4級流水線的設(shè)計，可選單浮點精度的FPU。NS31A的指令集緩存大小最高32KB，指令本地內(nèi)存最高512KB，數(shù)據(jù)本地內(nèi)存最高512KB。在功能安全上，NS31A同樣集成了存儲ECC糾錯、雙核鎖步架構(gòu)等機制，而且還支持AUTOSAR平臺所需的特權(quán)模式。

設(shè)計與驗證

對于這些RISC-V IP設(shè)計公司來說，即便其工程師有著資深的汽車市場開發(fā)經(jīng)驗，在走向車規(guī)認證的道路上，也有不少需要克服的坎，這也就是為何他們不少都選擇了與工具廠商合作，尤其是幫助他們完成開發(fā)和驗證工作的EDA廠商，比如新思、Imperas、IAR Systems等等，畢竟這些廠商早在其他ISA的車規(guī)認證上就已經(jīng)積累了不少功能安全驗證經(jīng)驗和故障模型集，而且這些工具本身也有通過功能安全認證。

由此看來，RISC-V也算是享受到了這些紅利，能以最快的速度切入汽車這類關(guān)鍵任務(wù)的應(yīng)用。除此之外還有航天航空的DO-254/172、工業(yè)的IEC 61511/61513、醫(yī)療的IEC 62304、機器人的IEC 62061、ISO13849等等標準。這也是RISC-V作為后起之秀的優(yōu)勢所在，前人走過的老路可以再走一遍，而前人犯過的錯卻可以規(guī)避。

比如過去的設(shè)計思路是等到起量后再為已有的核心添加安全機制，然后走功能安全認證，但現(xiàn)在的IP核從設(shè)計之初就可以考慮功能安全，是和PPA一樣關(guān)鍵的參數(shù)。在購買這些通過認證的IP后，除了RTL，IP廠商也會給到一個功能安全包，其中涵蓋了安全手冊、安全分析報告等文檔，輔助使用者在功能安全性上的開發(fā)設(shè)計。

寫在最后

綜上所述，國內(nèi)公司在設(shè)計汽車芯片時不妨考慮下RISC-V，畢竟目前RISC-V IP的車規(guī)已經(jīng)紛紛提上日程，接下來就看車規(guī)芯片廠商的動作了。固然車規(guī)芯片的替代是一個艱巨的任務(wù)，且不用說ISA架構(gòu)，就連替代國外廠商都是一個耗時耗力的過程。但就國內(nèi)市場而言，目前自己設(shè)計RISC-V IP沒有ARM那樣高額的授權(quán)費用，商用IP已經(jīng)提供了足夠的優(yōu)勢，也沒有潛在的IP產(chǎn)權(quán)風險，或許是時候?qū)⒛抗饪聪騌ISC-V了。至于RISC-V IP廠商們也還有更大的發(fā)展空間，比如車機系統(tǒng)的適配、更高的圖形性能、做好虛擬化和軟件隔離等等，真正釋放RISC-V在汽車上的潛力。