采用創(chuàng)新型 C29 內(nèi)核的 MCU 如何 提升高壓系統(tǒng)的實時性能

實時微控制器 (MCU) 在幫助高壓汽車和能源基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)滿足電源效率、功率密度和安全設(shè)計要求方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。無論是車載充電器 (OBC) 還是不間斷電源 (UPS)，這些設(shè)備都必須在惡劣環(huán)境中為時間關(guān)鍵型任務(wù)提供快速、確定性的性能。

F29H85x 系列 C2000? MCU 基于 TI 的 C29 內(nèi)核，專為應(yīng)對高壓系統(tǒng)中嚴苛的處理和安全設(shè)計挑戰(zhàn)而設(shè)計。這些 MCU 性能顯著提升，是前代 TI C28 內(nèi)核及市場上其他 MCU 的兩到五倍，并配備先進的集成式功能安全和信息安全元件，可幫助工程師優(yōu)化系統(tǒng)的可靠性和完整性，同時降低設(shè)計復(fù)雜性和成本。

C29 內(nèi)核的創(chuàng)新包括：

? 重新設(shè)計的平臺：

VLIW 架構(gòu)與全面保護式流水線結(jié)合，支持并行執(zhí)行最多八條指令。

? 新編譯器：

通過基于 LLVM/Clang 的編譯器提升性能，無需自定義編碼或匯編即可實現(xiàn)預(yù)期性能。

? 重新設(shè)計的中斷性能：

硬件支持實時中斷的快速自動背景保存和恢復(fù)。新的中斷控制器支持用戶對中斷優(yōu)先級和閾值進行完整的配置。

? 增強的平臺性能：

采用低延遲存儲器和外設(shè)互連設(shè)計，具有內(nèi)置功能安全和信息安全機制以增強保護，同時保持出色的實時性能。

本文探討了 F29H859TU-Q1 和 F29H850TU 等實時控制 MCU 及其 C29 內(nèi)核如何幫助工程師在電動汽車子系統(tǒng)（如 OBC 以及高壓和低壓直流/直流轉(zhuǎn)換器）和能源基礎(chǔ)設(shè)施（如光伏逆變器和 UPS）中提供更高的處理能力、電源效率和快速開關(guān)頻率。

增強電動汽車的實時控制能力

通過在 OBC、高壓和低壓直流/直流轉(zhuǎn)換器等電動汽車子系統(tǒng)以及主機集成系統(tǒng)中使用集成度更高的設(shè)計方法，設(shè)計人員可以提高電源效率，降低系統(tǒng)成本和減輕重量，并簡化設(shè)計中安全功能的管理。

通常，在單個 MCU 中執(zhí)行多個應(yīng)用需要每個功能具有專用的內(nèi)核。例如，一個內(nèi)核專用于 OBC，另一個內(nèi)核專用于高壓和低壓直流/直流轉(zhuǎn)換器。通過使用 F29H85x 系列 MCU，設(shè)計人員可以通過鎖步方式分配該 MCU 三個內(nèi)核中的兩個來處理主機 MCU 所需的關(guān)鍵功能，例如 AUTOSAR 和 ASIL-D 完整性等級下的重要功能安全和信息安全任務(wù)，而剩余的一個內(nèi)核則負責(zé)處理系統(tǒng)的控制功能。

C29 內(nèi)核與功能安全和信息安全單元 (SSU) 集成，可以在同一內(nèi)核中無縫執(zhí)行多個控制功能，同時防止這些功能相互干擾。這樣可以保持功能之間的完全隔離并且不受干擾。

F29H85x 系列 MCU 通過支持新的控制拓撲和算法（例如矩陣轉(zhuǎn)換器拓撲），進一步提高了汽車系統(tǒng)的性能，這些都得益于增強的 EPWM 功能。這些功能包括一個復(fù)雜的比較方案，該方案還集成了安全檢查機制，例如保證最小死區(qū)和非法組合邏輯。此外，這些 MCU 中的集成 ADC 提供硬件過采樣和結(jié)果安全校驗器等功能來幫助實現(xiàn)準(zhǔn)確的檢測，從而更大限度地減少常見任務(wù)所需的軟件開銷。

增強能源基礎(chǔ)設(shè)施的實時控制

與汽車系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)類似，能源基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的設(shè)計人員也必須滿足對更高系統(tǒng)效率不斷增長的需求。支持能源基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)，例如光伏逆變器和 UPS（圖 1），必須能夠提供越來越多的能源，同時還要抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊。

圖 1. 用于服務(wù)器堆棧的不間斷電源

為了實現(xiàn)更高的電源效率和功率密度，設(shè)計人員可以利用寬帶隙半導(dǎo)體（SiC 和 GaN）和 F29H85x 系列 MCU 來提高功率電子器件的開關(guān)和控制環(huán)路頻率。增加控制環(huán)路頻率可以提高電源轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)電源效率和功率密度，同時允許使用電容器和電感器等更小的無源器件，從而進一步減少占用的布板空間。

從安全角度來看，將硬件安全模塊 (HSM) 和 SSU 與 C29 內(nèi)核集成在一起有助于保護能源基礎(chǔ)設(shè)施免受潛在惡意軟件的影響。SSU 有助于防止惡意軟件中斷 MCU 內(nèi)運行中的功能，同時保護內(nèi)存和外設(shè)，確保不影響實時性能。SSU 自動管理和切換硬件中的存儲器和外設(shè)訪問權(quán)限。SSU 與 C29 CPU 配合使用，管理每個獨立應(yīng)用功能的獨立堆棧指針和堆棧存儲器，并針對惡意軟件和其它網(wǎng)絡(luò)攻擊提供安全保護。

F29H85x MCU 的架構(gòu)支持 A/B 閃存組，有助于實現(xiàn)實時固件更新 (LFU)，停機時間幾乎為零。除了編程后對內(nèi)容進行基本的閃存控制器驗證之外，HSM 還負責(zé)驗證更新的整體完整性。該架構(gòu)還支持將軟件更新回滾到之前版本，并且可以永久阻止關(guān)鍵安全更新的回滾。

結(jié)語

隨著人們對高效安全能源設(shè)計的需求不斷增長，F(xiàn)29H85x 系列 MCU 和 C29 內(nèi)核將幫助推動高壓應(yīng)用的未來發(fā)展。這些功能強大的 MCU 可幫助設(shè)計人員簡化設(shè)計、降低成本并增強可靠性，從而擴展當(dāng)前系統(tǒng)。