RISC-V在汽車(chē)上的潛力

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）對(duì)于汽車(chē)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)車(chē)規(guī)認(rèn)證麻煩已經(jīng)是業(yè)界共識(shí)了，這意味著RISC-V也不例外，哪怕這個(gè)ISA正在以迅雷不及掩耳之勢(shì)滲透進(jìn)各個(gè)行業(yè)中。

基于RISC-V的車(chē)規(guī)芯片必須經(jīng)過(guò)AEC-Q100的可靠性認(rèn)證，如果是汽車(chē)網(wǎng)關(guān)之類(lèi)的芯片還得過(guò)ISO/SAE 21434的網(wǎng)絡(luò)安全認(rèn)證。RISC-V IP本身也必須通過(guò)ISO 26262的功能安全認(rèn)證，軟件上要想直接完成平臺(tái)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(jiǎn)單傳感器的芯片IP往往需要過(guò)ASIL-B的認(rèn)證，而實(shí)現(xiàn)ADAS、電池管理和與動(dòng)力控制等復(fù)雜功能的芯片IP則需要更高的ASIL-D認(rèn)證。與此同時(shí)，隨著汽車(chē)架構(gòu)從Domain架構(gòu)慢慢轉(zhuǎn)向計(jì)算集中的Zone架構(gòu)遷移，汽車(chē)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(chē)規(guī)芯片的設(shè)計(jì)有多么煩瑣，打造一款RISC-V車(chē)規(guī)芯片的第一步，就是選擇或設(shè)計(jì)一款功能安全合規(guī)的RISC-V IP。好在RISC-V上車(chē)的進(jìn)程已經(jīng)提速，不少廠(chǎng)商都已經(jīng)準(zhǔn)備或布局了ISO 26262的處理器IP，幫助IC設(shè)計(jì)公司解決隨機(jī)硬件失效、系統(tǒng)失效等安全問(wèn)題。

晶心科技晶心科技的N25F-SE就是這樣一款汽車(chē)功能安全I(xiàn)P核心，預(yù)計(jì)今年上半年完成ISO 26262 ASIL-B認(rèn)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(jí)流水線(xiàn)的設(shè)計(jì)，集成了單浮點(diǎn)精度/雙浮點(diǎn)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(dá)16MB。

N25F-SE可以看做是N25F的功能安全加強(qiáng)版，引入了不少安全機(jī)制。比如利用基于SECDED的ECC內(nèi)存保護(hù)機(jī)制來(lái)杜絕數(shù)據(jù)損壞，在軟件上強(qiáng)制實(shí)施特權(quán)與訪(fǎng)問(wèn)規(guī)則來(lái)保護(hù)物理內(nèi)存，以及自動(dòng)檢測(cè)棧溢出的StackSafe機(jī)制等等。

N25F-SE原理圖 / 晶心科技

晶心科技也為其N(xiāo)25F-SE IP在車(chē)規(guī)上的諸多應(yīng)用場(chǎng)景做了構(gòu)想，比如艙內(nèi)毫米波雷達(dá)系統(tǒng)。N25F-SE既控制雷達(dá)子系統(tǒng)，又作為主機(jī)控制器，用于艙內(nèi)存在監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)人體的頭部運(yùn)動(dòng)和身體語(yǔ)言來(lái)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(dòng)芯片（TDDI）或是汽車(chē)MCU等。

芯來(lái)科技芯來(lái)除了有著N、NX和UX這一系列完整的商業(yè)級(jí)IP產(chǎn)品線(xiàn)以外，也在ASIL-B和ASIL-D車(chē)規(guī)功能安全上做了一些安全機(jī)制的實(shí)現(xiàn)，比如利用軟件自測(cè)試檢測(cè)硬件故障，在ILM、DLC、I-Cache和系統(tǒng)總線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)ECC糾錯(cuò)和奇偶校驗(yàn)保護(hù)，以及延遲雙核鎖步的冗余設(shè)計(jì)等等。

N900發(fā)動(dòng)機(jī)ECU主控（ASIL-D等級(jí)）設(shè)計(jì)方案 / 芯來(lái)科技

芯來(lái)計(jì)劃在今年Q3到Q4左右完成NA900（32位）的ASIL-D認(rèn)證，并在今年啟動(dòng)NA900（32位/64位）和NA300（32位）的ASIL-B認(rèn)證流程，明年啟動(dòng)NA300（32位）的ASIL-D認(rèn)證流程。其中300系列為3流水線(xiàn)單發(fā)射，900系列為9級(jí)流水線(xiàn)雙發(fā)射的，通過(guò)認(rèn)證后，NA900可以說(shuō)是目前的車(chē)規(guī)RISC-V IP中性能最高的了。

NSITEXE日本也有一個(gè)專(zhuān)注于設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)RISC-V IP的公司，那就是日本電裝的全資子公司NSITEXE。要說(shuō)RISC-V車(chē)規(guī)產(chǎn)品商用化最快的廠(chǎng)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(chē)MCU RH850/U2B。

DR1000C在該MCU內(nèi)主要作為矢量擴(kuò)展，卸載一些計(jì)算處理任務(wù)來(lái)減輕負(fù)擔(dān)，比如AI推理、傳感器數(shù)據(jù)處理等等，其本身已經(jīng)通過(guò)了ISO 26262的ASIL-D認(rèn)證。不過(guò)NSITEXE倒也不想局限于DR系列的數(shù)據(jù)流處理器，畢竟這類(lèi)處理器主要還是在汽車(chē)MCU中作為輔助計(jì)算單元，于是也開(kāi)始推出RISC-V的車(chē)規(guī)CPU IP方案，比如NS31A。

NS31A原理圖 / NSITEXE

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(jí)流水線(xiàn)的設(shè)計(jì)，可選單浮點(diǎn)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(chǔ)ECC糾錯(cuò)、雙核鎖步架構(gòu)等機(jī)制，而且還支持AUTOSAR平臺(tái)所需的特權(quán)模式。

設(shè)計(jì)與驗(yàn)證對(duì)于這些RISC-V IP設(shè)計(jì)公司來(lái)說(shuō)，即便其工程師有著資深的汽車(chē)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在走向車(chē)規(guī)認(rèn)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(chǎng)商合作，尤其是幫助他們完成開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證工作的EDA廠(chǎng)商，比如新思、Imperas、IAR Systems等等，畢竟這些廠(chǎng)商早在其他ISA的車(chē)規(guī)認(rèn)證上就已經(jīng)積累了不少功能安全驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)和故障模型集，而且這些工具本身也有通過(guò)功能安全認(rèn)證。

由此看來(lái)，RISC-V也算是享受到了這些紅利，能以最快的速度切入汽車(chē)這類(lèi)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(jī)器人的IEC 62061、ISO13849等等標(biāo)準(zhǔn)。這也是RISC-V作為后起之秀的優(yōu)勢(shì)所在，前人走過(guò)的老路可以再走一遍，而前人犯過(guò)的錯(cuò)卻可以規(guī)避。

比如過(guò)去的設(shè)計(jì)思路是等到起量后再為已有的核心添加安全機(jī)制，然后走功能安全認(rèn)證，但現(xiàn)在的IP核從設(shè)計(jì)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(gòu)買(mǎi)這些通過(guò)認(rèn)證的IP后，除了RTL，IP廠(chǎng)商也會(huì)給到一個(gè)功能安全包，其中涵蓋了安全手冊(cè)、安全分析報(bào)告等文檔，輔助使用者在功能安全性上的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

寫(xiě)在最后綜上所述，國(guó)內(nèi)公司在設(shè)計(jì)汽車(chē)芯片時(shí)不妨考慮下RISC-V，畢竟目前RISC-V IP的車(chē)規(guī)已經(jīng)紛紛提上日程，接下來(lái)就看車(chē)規(guī)芯片廠(chǎng)商的動(dòng)作了。固然車(chē)規(guī)芯片的替代是一個(gè)艱巨的任務(wù)，且不用說(shuō)ISA架構(gòu)，就連替代國(guó)外廠(chǎng)商都是一個(gè)耗時(shí)耗力的過(guò)程。但就國(guó)內(nèi)市場(chǎng)而言，目前自己設(shè)計(jì)RISC-V IP沒(méi)有ARM那樣高額的授權(quán)費(fèi)用，商用IP已經(jīng)提供了足夠的優(yōu)勢(shì)，也沒(méi)有潛在的IP產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，或許是時(shí)候?qū)⒛抗饪聪騌ISC-V了。至于RISC-V IP廠(chǎng)商們也還有更大的發(fā)展空間，比如車(chē)機(jī)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(chē)上的潛力。