Перший автомобільний контроллер з блоком програмованої логіки від silicon mobility

Silicon Mobility »OLEA T222-1005

Фірма Silicon Mobility за пару років пройшла шлях від стартапу до цілком серйозній компанії, яка має підтримку з боку французького уряду. Причиною такого стрімкого зростання стала досить смілива ідея по принципово нової організації автомобільних інтелектуальних систем. Замість постійного збільшення продуктивності процесорних ядер Silicon Mobility пропонує усувати вузькі місця в каналах передачі даних за рахунок впровадження новітніх технологій з області програмованих логічних схем. Результатом такого підходу став мікроконтролер OLEAT222-1005 - перший автомобільний контроллер з блоком програмованої логіки.

LEAT222-1005 - перший автомобільний контроллер
з блоком програмованої логіки.

Інтелектуальна «озброєність» сучасних автотранспортних засобів постійно зростає. Жоден сучасний автомобіль не обходиться без мікропроцесорних блоків. При цьому більшість виробників мікропроцесорів для автомобільної галузі пропонує використовувати розподілену архітектуру обчислювальних систем.

Традиційний підхід передбачає наявність шинної топології з безліччю обчислювальних блоків (Рис. 2). Продуктивність цих блоків може бути різною: від малопотужних датчиків (тиску, температури і т. Д.) До надпродуктивних центральних модулів управління. Така асиметрія пояснюється тим, що центральні блоки використовуються в основному для обчислень. Функції безпосереднього збору інформації перекладаються на датчики, а функції прямого взаємодії з виконавчими механізмами беруть на себе інтелектуальні драйвери. Для цього як драйвери, так і датчики будуються на базі мікроконтролерів з набором необхідної периферії (таймери, ШІМ-контролери, АЦП, ЦАП, енкодери і т. Д.). Взаємодія центральних блоків, датчиків і драйверів відбувається по інформаційній шині.

Підходи до організації автомобільної інтелектуальної системи.

У таких системах підвищення продуктивності зазвичай домагаються шляхом збільшення швидкодії процесорів. Цей підхід дає позитивний ефект доти, поки не досягається стелю пропускної здатності інформаційної шини. Сучасні шини CAN працюють зі швидкостями до 1 Мбіт / с, але навіть такий частоти не вистачає для нових систем. Щоб вирішити цю проблему, розробляють вдосконалені протоколи, такі як детермінований за часом CAN FD. Однак реалізація таких протоколів досить складна, що унеможливлює їх підтримку малопотужними микроконтроллерами.

Другим шляхом вирішення проблеми підвищення продуктивності може стати розробка нових мікроконтролерів, які інтегрували б в одному корпусі і потужний процесор, і широкий набір периферії. Однак і тут є підводні камені. По-перше, необхідно забезпечити відповідність нових продуктів вимогам автомобільних стандартів щодо електромагнітної сумісності та безпеки виконання коду. По-друге, гнучкість таких мікросхем виявляється невисокою. Причиною цього є «пляшкові горлечка» у вигляді недостатньої продуктивності внутрішніх шин, а також неоптимальні зв'язку між периферією і процесорним ядром усередині самого мікроконтролера. Компанія Silicon Mobility пропонує вирішити цю проблему за рахунок спеціального блоку програмованої логіки.

Нова технологія має загальне фірмове позначення OLEA. Мікроконтролери OLEA мають кілька основних особливостей (Рис. 3):

• AMEC® (Advanced Motor Events Control) - блок програмованої логіки, який забезпечує гнучкий зв'язок і продуктивний обмін між обчислювальним ядром (або декількома ядрами) і периферією, наприклад, електродвигунами;
• SILant® (Safety Integrity Level Agent) - блок захисту, призначений для виявлення, виправлення і запобігання помилок при виконанні коду;
• Підтримка декількох незалежних процесорних ядер ARM Cortex R5F;
• Широкий вибір периферії (SPI, порти введення-виведення, ШІМ, ЦАП, АЦП, таймери і т. Д.).

Структура мікроконтролерів сімейства OLEA.

Блок програмованої логіки AMEC® є вбудовану підсистему з набором кількох спеціалізованих модулів:

• Flexible Logic Unit, FLU - програмований модуль FPGA;
• Signal Processing Units, SPU - блок цифрової обробки сигналів. Підтримує 24-бітове множення і апаратну реалізацію БИХ і КИХ цифрових фільтрів;
• Math Unit - математичний прискорювач для математичних / тригонометричних обчислень, наприклад, функцій синуса, косинуса, арктангенса, поділу, обчислити квадратний корінь та т. Д .;
• Powertrain-ready Perepherials set, PrP - набір інтерфейсів для максимально продуктивної роботи з датчиками і виконавчими механізмами;
• Trigger router - додаткова матриця для зв'язку FLU і PrP;
• I / O router - матриця з'єднання з висновками мікросхеми;
• DPRAM (Dual-ported RAM) - двухпортовая пам'ять з паралельним інтерфейсом доступу. Дозволяє робити одночасний запис і читання даних. Виступає як колективна пам'ять між AMEC® і системою (CPU і DMA) для забезпечення максимально швидкого обміну даними.

Найбільш цікавим і незвичним ланкою в даному випадку є модуль FLU, який, по суті, являє собою ПЛІС, побудовану на базі програмованих логічних блоків CLB (Configurable Logic Block) або блоків скалярних операцій SPU (Scalar Product Computation Units), блоків введення-виведення ( I / O), блоків зв'язку СВ (Connection Block) і мультиплексорів SBOX (Switch Box). Кожен блок CLB включає таблицю перетворення LUT (lookup table) і тригер DFF (Рис. 4).

Організація програмованої логіки блоку AMEC® в мікроконтролерах
OLEA.

Важливою ланкою в складі AMEC® є блок продуктивної периферії PrP, який призначений для високошвидкісної роботи з датчиками і актуаторами. Він включає наступні модулі:

• TEPE (Thermal Engine Position Estimator) - співпроцесор для обчислення і передбачення кутових координат;
• Інтерфейс SPI;
• Інтерфейс протоколу SENT (Single Edge Nibble Transmission Protocol Interface);
• Інтерфейс PSI5 (Peripheral Sensor Interface);
• Квадратура енкодер QUADRA (Quadrature encoder interface);
• Блок захоплення і фільтрації CAPTURE;
• Порти введення-виведення GPIO;
• ШІМ генератори і таймери;
• Прецизійний генератор CWG (Complex Wave Generator);
• Кілька типів АЦП.

Завдяки наявності AMEC®, вдається сформувати оптимальні зв'язки між процесором, периферією, різними датчиками і механізмами. Зокрема, на Рис. 5 представлений приклад реалізації схеми управління безколекторним двигуном.

Приклад схеми управління бесколекторним електродвигуном.

Як вже було сказано, одна з основних проблем впровадження процесорів і мікроконтролерів в автомобільні додатки полягає в необхідності забезпечення високого ступеня безпеки. OLEA відповідають найсуворішим вимогам, в тому числі про безпечне виконання коду. Заявлених високих показників передбачається досягати за рахунок технології SILant®. Вона забезпечує фонову захист від збоїв всіх блоків мікроконтролерів OLEA, таким чином, звільняючи від цього центральний процесор.

На даний момент сімейство OLEA® має наступні характеристики:

• від 1 до 3 ядер ARM® Cortex-R5F з робочою частотою до 350 МГц і продуктивністю 2600 DMIPS / 295 WMIPS;
• пам'ять до 8 Мбайт eFlash, до 512 Кбайт ОЗУ;
• блок програмованої логіки AMEC® з числом логічних програмованих елементів від 3000 до 11000;
• система безпеки SILant®;
• до 256 каналів таймерів;
• до 60 портів введення-виведення;
• діапазон робочих температур: -40 ... + 125 ° C (AEC-Q100 Grade 1), опціонально -40 ... + 135 ° C.

Передбачається розширення сімейства OLEA до трьох представників:

OLEAT222-1005 - одноядерний мікроконтролер з робочою частотою до 200 МГц, числом логічних осередків 5000, об'ємом пам'яті 2 Мбайт, корпусними виконаннями QFP100, QFP144 і QFP176.

OLEAT444-1008 - двоядерний мікроконтролер з робочою частотою до 300 МГц, числом логічних осередків 8000, об'ємом пам'яті 4 Мбайт, корпусними виконаннями BGA292 і QFP176.

OLEAT568-1011 - трьохядерний мікроконтролер з робочою частотою до 350 МГц, числом логічних осередків 11000, об'ємом пам'яті 8 Мбайт, корпусними виконаннями BGA292 або BGA516.

Однак поки що до послуг розробників доступні тільки мікроконтролери OLEA T222-1005 (Рис. 6).

Зовнішній вигляд OLEAT222-1005 в корпусному
виконанні QFP144.

Структурна схема OLEA T222-1005 відповідає наведеній вище загальній схемі мікроконтролерів OLEA (Рис. 7).

Структурна схема контролера OLEAT222-1005.

Важливу роль при виборі контролера грає наявність або відсутність адекватного інструментарію для розробки і налагодження ПО. Особливо це стосується нових продуктів, в тому числі і мікроконтролерів OLEA. Компанія Silicon Mobility заявляє про наявність фірмової підтримки і підтримки сторонніх розробників ПЗ (Рис. 8). При цьому користувачі фірмових засобів отримають в своє розпорядження повний доступ до цілого ряду бібліотек.

Підтримка контролерів OLEA різними IDE.

Говорячи про фірмових засобах, в першу чергу мається на увазі інтегроване середовище розробки OLEA® COMPOSER (Рис. 9). OLEA® COMPOSER дозволяє генерувати код C і HDL, а також виконувати моніторинг змінних в режимі реального часу.

Розробка та налагодження ПЗ для контролерів OLEA.

Важливе місце в пакеті фірмового ПО займають бібліотеки OLEA® LIB:

• OLEA® LIB Math - бібліотека математичних функцій;
• OLEA® LIB Algo - бібліотека спеціалізованих алгоритмів;
• OLEA® LIB System - набір функцій для оптимізації системи.

Розробка апаратної частини може бути спрощена при використанні ознайомчого набору OLEA®T222 Starter Kit (Рис. 10).

LEAT222-1005 - перший автомобільний контроллер з блоком
програмованої логіки.

Поки рано говорити про те, що мікроконтролери OLEA® від Silicon Mobility стануть справжнім проривом в області автомобільної електроніки. Проте, новаторська система формування внутрішніх зв'язків, наявність системи захисту від збоїв SILant®, широкий робочий діапазон, відповідність AEC-Q100 Grade 1 робить мікроконтролери OLEA® привабливими для даної галузі.

Характеристики контролера OLEA T222-1005:

Про компанію

Подивитися більш докладно технічні характеристики контролера компанії Silicon Mobility