Mikrocontroller für Automotive-Anwendungen Stellar-MCUs: Sieben Kerne und Strahlungsschild für mehr Funktionssicherheit

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Die speziell auf Automotive-Anwendungen ausgerichteten neuen Stellar-Mikrocontroller von ST sollen auf Basis durchdachter Architekturlösungen sicherheitskritische Anwendungen bis ISO 26262 ASIL-D ermöglichen.

Der Start der Massenfertigung ist für 2024 vorgesehen, doch bereits jetzt liefert STMicroelectronics (ST) Samples seiner neuen, skalierbaren 32-Bit-Mikrocontroller-(MCU-)Familie Stellar SR6 an Leitkunden aus. Dazu zählen in erster Linie Hersteller aus der Automotive-Branche.

Mit den SR6-Stellar-MCUs sollen die Unternehmen rechenstarke und energieeffiziente Fahrzeugplattformen entwickeln können, erklärt ST. Besonders geeignet seien die MCUs für Domain- und Zone-Controller, die die Verkabelung im Fahrzeug vereinfachen, eine Umstellung auf softwaredefinierte Plattformen erlauben und so für mehr Flexibilität und eine reichhaltigere Feature-Ausstattung sorgen. Zusätzlich soll sich mit den Stellar-MCUs auch die Systemzuverlässigkeit steigern lassen.

„Wegbereiter für die intelligenten, vernetzten Autos der Zukunft“

„Mit den Stellar-Controllern erhalten die Automobilhersteller sowie ihre ausgewählten Partner die Möglichkeit, ihre Kundenbeziehungen durch Mehrwertdienste zu stärken“, erklärt Marco Monti, President der Automotive and Discrete Group bei STMicroelectronics. Er sieht in den neuen Bausteinen „Wegbereiter für die intelligenten, vernetzten Autos der Zukunft, die nicht nur sicherer und nachhaltiger sein werden, sondern auch eine bessere Nutzererfahrung bieten werden“.

Die Stellar-SR6-MCUs basieren auf der robusten, energieeffizienten FD-SOI-Prozesstechnologie (Fully Depleted Silcon on Insulator) von ST. Aufgrund der zusätzlichen, im Substrat vergrabenen Isolationsschicht, die wie ein Schild gegenüber ionisierender Strahlung wirkt, ist FD-SOI robuster als einfache Bulk-CMOS-Integrationstechnik. Laut ST manifestiert sich dies in einer sehr geringen „Soft Error Rate“ (SER) der Controller. Dies erhöhe die Systemzuverlässigkeit und die Verfügbarkeit enorm, so dass die Baureihe die Anforderungen für funktionssichere Anwendungen gemäß ISO 26262 bis ASIL-D gewährleiste.

Hardware-basierte Virtualisierung für flexible Ressourcennutzung

Nach Angaben des Herstellers beherrschen die Mikrocontroller eine Hardware-basierte Virtualisierung, „sodass mehrere Software-Applikationen unter Wahrung der Performance und des Echtzeit-Determinismus miteinander koexistieren können“. Gleichzeitig hätten Entwickler mehr Freiheitsgrade, da mehrere unabhängige Applikationen oder virtuelle ECUs (Electronic Control Units) auf ein und demselben physischen Mikrocontroller laufen können.

Die ersten MCUs der Serien Stellar SR6 P und G sind laut ST mit bis zu 20 MByte an robustem PCM-Speicher (Phase-Change Memory) ausgestattet, der für Temperaturen bis 165 °C spezifiziert ist. Dies stellt auch unter sehr fordernden Umgebungsbedingungen die Funktion der Speicher sicher, der die Anforderungen der Norm AEC-Q100 Grade 0 erfüllt.

Robuster Phase-Change-Speicher und pfiffige Speichernutzung

Dank Dual-Image-Speicherung sollen die Bausteine der Stellar-Reihe zudem eine effiziente Over-The-Air-Reprogrammierung (OTA) mit einer deutlichen Verringerung des Speicherbedarfs gestatten. Möglich mache dies eine von ST entwickelte Technik: Diese können die PCM-Zellenstruktur so konfigurieren, dass sich die Speichergröße während der OTA-Updates auf bis zu 2 x 20 MByte verdoppelt. ST gibt darüber hinaus an, dass die Zugriffszeiten beim eigenen PCM-Speicher kürzer sind als bei anderen nichtflüchtigen Speichern wie etwa Single-Transistor-(1T-)NOR-Flash.

PCM-Speicher ist außerdem in der Lage, einzelne Bits zu ändern. Dies verhindert laut ST Einzel-Bit-Fehler, steigert die Performance – und ermögliche innovative Konzepte beim Applikationsdesign durch Kombination der Eigenschaften von nichtflüchtigem Speicher und RAM. Nativer EEPROM-Support soll ebenfalls integriert sein. Zum Anbinden von externem Speicher dienen eMMC- (embedded MultiMediaCard) und Hyperbus-Interfaces.

Familienangelegenheit: Jedes Mitglied hat spezielle Funktionen

Die MCU-Familie Stellar SR6 besteht aus den beiden Serien P und G, die auf derselben Plattform basieren. ST hat die Stellar-P-MCUs für die Integration in Antriebsstrang- und Elektrifizierungs-Integration/Domain-Systemen ausgelegt. Hohe Echtzeit-Performance und Determinismus sollen „ein überragendes Fahrerlebnis und funktionale Sicherheit“ bieten. Die Stellar-G-Controller sind hingegen mit „effizienten Beschleunigern für ein geschütztes Daten-Routing über CAN-, LIN- und Ethernet-Netzwerke ausgestattet und verfügen über eine reichhaltige Ausstattung an Kommunikations-Schnittstellen“.

Flexible Low-Power-Betriebsarten und ein intelligentes Monitoring-Subsystem würden helfen, die Ruhestromaufnahme stark zu reduzieren. So würde insgesamt eine sehr gute Energieeffizienz erzielt. „Jeder Baustein ist für den vorgesehenen Einsatzbereich maßgeschneidert, damit optimierte, rationelle Lösungen für die Anforderungen der nächsten Fahrzeuggeneration angeboten werden können“, sagt Monti.

ASIL-D-ready: Sechs ARM-Cortex-R52-Kerne mit Lockstep- und Split/Lock-Fähigkeit

Jede Stellar-MCU basiert auf sechs ARM-Cortex-R52-Kerne mit Lockstep- und Split/Lock-Fähigkeit und ist gerüstet für die Anforderungen gemäß ISO 26262 ASIL-D. Die Virtualisierung und Separierung der Software-Applikationen erfolgt über den Privilege Level des Cortex-R52-Hypervisors und die ID der virtuellen Maschine (VMID). So sei ein Ressourcen-Zugriffschutz auf sämtlichen Ebenen der Architektur garantiert (primärdie Core-MPU und die Network-on-Chip-Firewalls). Drei ARM-Cortex-M4-Cores mit Gleitkomma-Arithmetikeinheit und DSP-Ergänzungen unterstützen applikations-spezifische Beschleunigung und Security-Subsystem.

Ebenfalls an Bord sind „Hardware Security Module“ (HSM) mit vollständiger Unterstützung für die Cyberschutz-Architektur EVITA (E-safety Vehicle Intrusion Protected Applications). Die HSMs werden laut ST mit dem Multi-Bus Routing kombiniert, um die Anbindung an zeitsensible Fahrzeugnetzwerke (Ethernet, CAN-FD, LIN) zu schützen. Für noch mehr Sicherheit sollen Verschlüsselungs-Beschleuniger für MACsec (Media Access Control security protocol), IPsec (IP security protocol suite) und CAN-Authentisierung sorgen.

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