Softwaredefinierte Fahrzeuge NXP S32M2: Motorsteuerung für Edge-Knoten in Autos

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Speziell zum Steuern von Kleinmotoren hat NXP seine S32-Controllerfamilie um das Modell S32M2 erweitert. Das System-in-Package bringt Treiber, PHYs und integrierte Spannungsregler mit – und soll Anwendern das Design von Antriebssteuerungen erleichtern. Gut: NXP verspricht weitreichende Code-Wiederverwendbarkeit innerhalb der S32-Plattform.

NXP hat seine S32-Fahrzeugplattform um einen Baustein für Motorsteuerungen erweitert. Laut Hersteller soll die „optimale Wiederverwendbarkeit von Software“ gewährleistet sein, was den „Übergang zu softwaredefinierten E-Fahrzeugen“ ermöglichen soll. Als Anwendungsmöglichkeiten für die neuen Chips führt der Hersteller unter anderem Anwendungen wie Schiebedachantriebe, Sitzpositionsverstellung, Pumpen, Lüfter, Gurtstraffer, Kofferraumöffner an.

Nach Angaben von NXP setzen immer mehr OEMs kleinere, leichtere und effizientere BLDC/PMSM-Motoren ein – also bürstenlose Gleichstrommotoren und permanentmagneterregte Synchronmotoren. Diese haben das Potenzial, aufgrund ihrer geringeren Energieaufnahme zum Beispiel die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen. Der hochintegrierte S32M2 sei in der Lage, derartige Motoren effizient zu steuern und somit die Bedienung von Body- und Komfortanwendungen zu vereinfachen, die Geräuschentwicklung im Innenraum zu reduzieren und somit den Komfort für die Insassen zu erhöhen.

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S32M2 vereint Logik, Treiber und I/O in einem System-in-Package

Auf Basis eines System-in-Package-(SIP-)Ansatzes kombiniert der S32M2 Rechenleistung mit MOSFET-Gate-Treibern, Physical-Layer-Schnittstellen für CAN-FD- und LIN-Kommunikation sowie einen integrierten Spannungsregler, der direkt von der 12-Volt-Batterie des Fahrzeugs gespeist wird und verschiedene Motorsteuerungsanwendungen unterstützt.

Die S32M2-Serie ist entweder mit einem Arm Cortex-M4- oder einem Cortex-M7-Kern ausgestattet und deckt laut Hersteller ein breites Spektrum an Speicheroptionen von 128 KByte bis 1 MByte ab. Alle Komponenten der S32M2-Serie sind in einem 64-Pin-LQFP-Gehäuse verfügbar. Das bietet Automobilherstellern die Flexibilität, verschiedene pinkompatible Speichergrößen auszuwählen. Die SIP-Lösung nutzt auch die nach ISO 26262 für funktionale Sicherheit ASIL B zertifizierten Entwicklungsprozesse des S32K, die bewährten Sicherheitssubsysteme der S32-Plattform (CSEc, HSE) sowie das umfassende Tool- und Software-Ökosystem des S32K.

Für S32-Plattform geschriebener Code lässt sich wiederverwenden

Wie NXP mittteilt, kombiniert der S32M2 die eigene, über Jahre mit dem S12-MagniV-Portfolio gesammelte Erfahrung mit den Vorteilen der S32-Plattform für die Softwareentwicklung. Das hochintegrierte SIP ergänzt die S32K-Mikrocontroller von NXP um die für die Motorsteuerung erforderlichen Leistungs- und Analogfunktionen sowie um umfangreiche Software-Bibliotheken. NXP zielt also klar auf den wachsenden Markt für softwaredefinierte Elektrofahrzeuge – und hebt hervor, dass sich ein großer Teil der Software über die Bausteine der S32-Plattform hinweg wiederverwenden lässt.

Unter den vielen Arten von Elektromotoren sind BLDC- und PMS-Motoren für ihre Langlebigkeit und Robustheit, ihre geringe Größe, sowie für ihr geringes Gewicht und ihren hohen Wirkungsgrad bekannt. Gerade für Elektrofahrzeuge sind diese Eigenschaften interessant: Jedes eingesparte Watt Leistung erhöht potenziell die Reichweite – auch wenn der Effekt bei den meist mehrere Tonnen schweren Autos marginal ausfallen dürfte. NXP verspricht, dass der S32M2 die Motorsteuerung vereinfacht und zuverlässiger macht. Darüber hinaus sollen die Chips Leistungsreserven für die Integration weiterer Funktionen bereithalten.

OEMs sollen Motordiagnosetests durchführen, die Daten an die zonale Steuerung übertragen und die Leistungsfähigkeit der Motorsteuerung optimieren können. Im Gegensatz zu einer separaten Motorsteuerung unterstütze der S32M2 die Anwender dabei, die Markteinführung zu beschleunigen und den Platzbedarf für die Leiterplatte, die Designrisiken und die Stücklistenkosten zu reduzieren.

Simulink: Anwendung erst simulieren, dann auf S32-Hardware portieren

„Durch den Einsatz des Model-Based Design Toolkit von NXP können Automobilhersteller schon früh im Entwicklungszyklus mit der Simulink-Simulation beginnen und das Modell auf die S32M2-Hardware abbilden“, sagt Manuel Alves, Senior Vice President und General Manager of General Purpose and Integrated Solutions (GPIS), Automotive Processing, NXP. „Da es sich um einen rein softwaredefinierten Ansatz handelt, können sie zudem die Wiederverwendung von Software auf der gesamten S32-Fahrzeugplattform maximieren.“

Mit der Erweiterung durch den S32M2 ist die S32-Fahrzeugplattform nach Angaben von NXP von Anfang bis Ende konsistent und profitiert gleichzeitig vom umfangreichen Arm-Software-Ökosystem. Die enge und langjährige Partnerschaft mit Arm und frühere gemeinsame Entwicklungsprojekte ermöglichen es NXP, das volle Potenzial der Arm Cortex-M-Prozessoren in Bezug auf Leistungseffizienz und Sicherheitsfunktionen in Kombination mit der neuen Motorsteuerungslösung zu nutzen.

„Die Fahrzeugarchitekturen verändern sich erheblich, um den Anforderungen einer softwaredefinierten Zukunft gerecht zu werden“, sagt Dipti Vachani, SVP und GM, Automotive Line of Business, Arm. Durch den Einsatz des effizienten, stromsparenden Konzepts des Arm Cortex-M-Portfolios in Verbindung mit dem umfangreichen Software-Ökosystem von Arm sei S32M2 bestens für sicherheitskritische Echtzeit-Anforderungen von Edge-Anwendungen in softwaredefinierten Fahrzeugen gerüstet. Kunden könnten sich auf die Differenzierung der Produkte konzentrieren, anstatt neuen Code zu schreiben, meint Vachani. (me)

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