恩智浦S32R45 高性能32位汽車雷達微處理器單元

一、簡介

S32R45是基于Arm?Cortex?-A53和Arm?Cortex?-M7內核的32位汽車雷達微處理器單元(MPU)。專注于提供先進的高分辨率遠程前雷達或后雷達傳感器，提供成像雷達分辨率功能。高性能雷達處理能力和能效通過適用于批量采用的專用處理器支持新型ADAS雷達應用，同時還涵蓋了需要專用高性能雷達處理的工業(yè)和消費電子應用。

S32R45通過其HSE安全引擎滿足新的安全要求，并滿足ASIL ISO26262 ASIL B(D)要求，是高性能雷達處理的完整器件。

應用：

汽車電子

倒車AEB

前/后側向來車輔助功能

泊車輔助

盲點偵測

級聯(lián)成像雷達

自動緊急制動系統(tǒng)

自適應巡航控制

車道變換輔助系統(tǒng)

二、技術文章

面向汽車傳感和自動駕駛應用的4D成像雷達技術的問世，改變了我們從L0級汽車演進到完全自動化L5級汽車的時間表和經(jīng)濟價值。雷達現(xiàn)在推出了全新功能，可以實現(xiàn)精確的環(huán)境測繪，這將顯著增強汽車的全面?zhèn)鞲泻透兄芰?，相對于攝像頭傳感器和激光雷達傳感器而言，汽車行業(yè)對雷達的未來角色賦予了很高的期望。在一系列的性能和可靠性指標方面，成像雷達彌補了與激光雷達的差距，甚至還在某些指標上更勝一籌，其在商業(yè)成本結構上的優(yōu)勢也是激光雷達永遠無法企及的。隨著這些傳感器技術在功能上開始重疊，我們必須對它們各自的角色和成本進行詳細評估。與此同時，在汽車行業(yè)從L2級升級到L3級安全性和自動化的關鍵節(jié)點上，出現(xiàn)了一些有關升級時機和持續(xù)時間的關鍵問題。L2+級成為新的熱點戰(zhàn)場，OEM正在努力解決達到L3級必需解決的很多復雜設計問題。

完全L3級自動駕駛的相關開銷仍然可觀，主要是因為駕駛員無需待命所需要的系統(tǒng)冗余，其實L2+自動駕駛已經(jīng)大受關注，增長強勁，因為在提供L3功能的同時安排駕駛員待命，故而減少了對冗余的額外需求。復雜度級別SAE將自動駕駛劃分為五個等級，評估4D成像雷達對ADAS和AD應用的潛在影響是非常有幫助的，特別是L2級L3級之間的巨大差異。在L2級汽車上，駕駛員需要始終集中注意力；駕駛員最終負責汽車安全，一旦發(fā)生事故，他們要承擔責任。但從L3級開始，車載安全自動化功能將變得足夠強大，將由汽車OEM承擔安全責任。

L3級與L4/L5級之間也存在重要區(qū)別。在L3級，某些情況下仍然 需要駕駛員干預，而在L4/L5級，只有在提出請求的情況下，才 能讓駕駛員干預，在某些L5用例中，駕駛員甚至無法干預。L4 和L5汽車至少必須能夠在任何情況下將汽車行駛到?？空?，而 無需人工干預。 這些自動駕駛級別提出了新的系統(tǒng)冗余性要求，因為駕駛責任 更多由汽車承擔。在L3級，駕駛員必須能夠在具有挑戰(zhàn)性的交通條件下接管汽車，而在其他情況下可以“解放眼睛和雙手”。 在這些場景下，駕駛員逐漸完全接管汽車控制權可能需要最長 一分鐘時間，這種功能—也就是將汽車控制權從汽車安全移 交給駕駛員 — 需要的冗余級別將大幅提高系統(tǒng)復雜度和成本。 因此，每輛汽車達到L3級性能所需的攝像頭、雷達和激光雷達 傳感器數(shù)量和配置，以及與典型L2級傳感器配置的差值，會對 OEM制造成本產生很大的影響。

這有助于解釋為什么會出現(xiàn)L2+級，其目的是幫助OEM最大程度地減少L2級帶來的成本增長，同時開始為客戶提供接近L3級的高級ADAS功能，而不完全跨過L3級的界限，因為這樣會將責任從駕駛員轉移到OEM。L2+級可以充分利用與L3級相關的傳感器和半導體元件，將制造成本控制在L2+級，同時又規(guī)避實現(xiàn)系統(tǒng)冗余帶來的附加成本，這些冗余是在L3級上將控制權從汽車轉移到駕駛員所必需的。同時，在通向L3、L4和L5的道路上，OEM力爭實現(xiàn)市場差異化，在未來幾年內，很多OEM將推出全新的安全和舒適功能，這將讓消費者受益。

L2+ — 下一個關鍵戰(zhàn)場

這些新的安全和舒適功能集中在L2+級上推出，價位讓消費者樂于接受，中心問題是消費者是否愿意為達到L3級標準必需的更多系統(tǒng)冗余來支付更高的價格。對于OEM而言，L2+級讓他們能夠規(guī)避解決L3級冗余問題和極端情況所需的大量成本，這些成本會降低汽車在市場上的競爭力。L2+級還讓OEM能夠逐步推出高級安全和舒適功能，留出更多時間來等待傳感器技術成熟，在更高的自動駕駛級別上得到商業(yè)級采用。在這個過渡級別上，駕駛員能夠繼續(xù)提供必要的冗余，OEM能夠在舒適功能和成本之間達到更好的平衡。

在逐漸接近L3級時，OEM必須認真考慮以下這些重要問題：如果實現(xiàn)L3級系統(tǒng)冗余的成本負擔近似于L4級的預期成本負擔，那么為什么要停留再L3級呢？如果仍然需要將注意力集中在駕駛上，客戶是否愿意為L3安全系統(tǒng)冗余支付更高的價格？雖然OEM可能在這些問題上沒有達成共識，我們仍然可以合理地認為，在未來數(shù)年內，L2+汽車產量將遠高于L3汽車。近期的Yole Developmen報告表明，至少在2030年之前，L4/L5汽車的市場滲透率仍將保持在個位數(shù)，其中一部分汽車將作為機器人汽車使用。同時，隨著L0–L2汽車的市場滲透率開始下跌，L2+汽車的采用率將持續(xù)穩(wěn)定增長，截止2030年，L2+汽車

很可能達到將近50%的市場份額。因此，在未來十年內，預期L2+汽車將成為汽車OEM關注的焦點。

三種傳感器，沒有單個解決方案是完美的

我們對實現(xiàn)ADAS和AD的三種主要傳感技術（攝像頭、雷達和激光雷達）進行更高級別的分析，以便充分了解適用于L2+汽車的4D成像雷達的優(yōu)點。最終，我們發(fā)現(xiàn)沒有萬能的解決方案，三種解決方案各有優(yōu)劣，能夠相互補充，為其他傳感器類型提供冗余。當然，攝像頭和雷達傳感器目前已經(jīng)得到廣泛部署，因為這兩種技術成熟度高、經(jīng)濟且互補性強，而且經(jīng)濟實惠。激光雷達傳感器與攝像頭和雷達傳感器在功能上沒有互補性，因而可作為兩者的冗余。攝像頭傳感器具備檢測RGB顏色信息的能力，提供百萬像素的分辨率，這兩大特性相結合，使其成為“閱讀”交通標志和其他應用不可或缺的設備，另外還提高了目標識別和分類的精確度。但在各種不同的光照條件下，以及惡劣天氣和路況條件下，攝像頭技術的效率和可靠性受到嚴重影響。市場上也有一些新技術，可自動為汽車攝像頭透鏡清除水氣和灰塵，但這些機制會提高物料成本，還會帶來機械方面的漏洞，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。攝像頭進行距離和速度測量的能力仍將受到很大限制。當然，我們可以從立體攝像頭配置獲得速度和深度估算，但精度比較有限，這個缺點還需要從雷達層加以彌補。激光雷達 — 提供性能優(yōu)勢以處理極端情況激光雷達的主要差異化特性是低至0.1度級別的超精確角度分辨率，包括在水平和垂直方向上，另外還有距離測量的高分辨率，這要歸功于它使用極短的波長和脈沖。這些優(yōu)勢使得激光雷達非常適合高分辨率的3D環(huán)境測繪，能夠精確地檢測空間、

邊界和汽車自身定位。但是，激光雷達與攝像頭傳感器具有一些相同的缺點。與雷達傳感器相比，激光雷達估算速度和遠程檢測物體的能力非常有限。此外，激光雷達易受惡劣天氣和路況條件的影響，為了應對穩(wěn)定性和維護挑戰(zhàn)，將會產生更高的成本。

過去幾年內，市場上出現(xiàn)了多種新型激光雷達，例如固態(tài)激光雷達、MEMS激光雷達或電子掃描激光雷達。這些新技術旨在讓激光雷達對汽車應用更“友好”，包括在尺寸、成本和穩(wěn)定性方面。相對于機械旋轉激光雷達，這些新技術有了很大改進，但總體而言，它們要趕上其他ADAS傳感器的成熟度還有待時日。激光雷達在主流乘用車中得到廣泛采用的最大障礙還是成本。根據(jù)近期的OEM評估，2021年，小規(guī)模應用的激光雷達的成本是帶有四個級聯(lián)雷達收發(fā)器的12-TX和16-RX成像雷達的十倍左右。雖然激光雷達和雷達的成本都將隨著時間推移而下降，但預期到2030年，即便激光雷達將在高級自動化應用場景中得到一定規(guī)模應用，其成本仍然是雷達的兩倍。展望未來，激光雷達仍將提供性能優(yōu)勢，以處理在復雜駕駛場景中出現(xiàn)的極端情況。因此，在價格能夠接受的情況下，它仍將是L4和L5自動駕駛必需的冗余的一個重要部分。

4D成像 — 雷達的下一個飛躍

在這幾個傳感器類型中，雷達的獨特優(yōu)勢是具備精確的速度和距離測量能力。激光雷達使用稀疏激光束來探測目標場景，而雷達能夠無縫探測場景。在較遠的距離上，如果目標位于邊界清晰的激光束之間，激光雷達可能漏過小目標。這些因素使得雷達成為適合長距離工作的更可靠傳感器。雷達的檢測范圍已經(jīng)擴展，今后可能達到300米以上，遠高于攝像頭和大多數(shù)激光雷達傳感器能夠提供的距離。此外，與攝像頭和激光雷達不同，雷達可在所有天氣和光照條件下可靠工作。惡劣天氣條件帶來的環(huán)境污垢或水滴折射不會影響雷達工作。雷達在毫米波頻率下工作，也可以穿過介電材料（例如汽車保險杠）發(fā)射信號，因此它不需要開放的窗口來收發(fā)信號，從穩(wěn)定性和美觀的角度來看，它都是更好的選擇。雷達的主要弱點是無法捕獲顏色信息，與攝像頭和激光雷達傳感器相比，它的角度分辨率也比較有限。但是，隨著我們近期在4D成像雷達技術上取得進步，角度分辨率顯著增強，這些有助于彌補與激光雷達的性能差距。在通向L5級汽車自動化的道

路上，4D成像雷達為雷達創(chuàng)新創(chuàng)造了新的可能，在面向L2+的未來傳感器組合中，它將承擔大部分工作，一直到完全自動駕駛汽車問世。與傳統(tǒng)的雷達傳感器相比，4D成像雷達能夠測量空間距離，還能夠計算水平和俯仰方向的到達角。此外，它的角度分辨率達到亞度（<1度）級別，而使用傳統(tǒng)汽車雷達只能達到5至8度的分辨率。這是通過MIMO（多輸入多輸出）天線陣列實現(xiàn)的，該陣列能夠生成大量的虛擬通道，與雷達孔徑值成比例，與角度分辨率值成反比。這種虛擬通道越多，角度分辨率越好。MIMO當然也會帶來挑戰(zhàn)，因為它會在接收信號中引入虛假目標和模糊。但是，利用高級MIMO波形，可以減少這些問題的影響。MIMO波形設計和虛假目標抑制本身就是專門的創(chuàng)新領域。恩智浦能夠為客戶提供先進的解決方案，以減少常用MIMO波形的負面影響。這些先進技術的設計和實施與恩智浦雷達處理器密切相關，讓客戶能夠從軟件和硬件開發(fā)的協(xié)同效應中獲得最高的性能。借助這些改進的功能，雷達傳感器第一次能夠提供高分辨率點云輸出，實現(xiàn)更高分辨率的環(huán)境測繪和場景感知，與當今的激光雷達相比毫不遜色。另外，雷達傳感器的成本更低，這使得它們非常適合大規(guī)模使用。在此基礎上，4D成像雷達還增加了多模工作的獨特功能，也就是在從近處到最遠300米處的所有距離上同時檢測目標。在汽車上配備4D成像雷達，可以進行傳統(tǒng)雷達無法實現(xiàn)的決策，例如確定駕駛通過某個隧道是否安全，或者是否可以安全地繞過車道上的障礙物。憑借這些先進功能，在惡劣天氣和路況條件下，4D成像雷達能夠為攝像頭和激光雷達傳感器提供冗余或備份。使用4D成像雷達，我們可在最大300米的距離外檢測、區(qū)分、追蹤多個靜止或移動的目標，即便目標相互間距離很近也能做到。這遠遠超出攝像頭和激光雷達傳感器的檢測范圍。鑒于雷達傳感器提供亞度級別的分辨率、精確的距離和速度測量、最大300米距離的同步多模檢測，它的測量距離是所有三個傳感器類型中最長的。另外，雷達傳感器還能夠在不受環(huán)境條件影響的情況下工作，因而它預期將成為任何AD級別汽車的傳感器組合中最基礎、最全面、最穩(wěn)定的傳感器類型。

具有挑戰(zhàn)性的用例

攝像頭和雷達傳感器可以很好地互補，必定會在L1至L5級的汽車中廣泛部署。在L2級，汽車必須進行傳感器融合，以便同時進行橫向和縱向的控制。在L2+和L3級，汽車預期將組合多種橫向和縱向的控制，目的是在預定義的有限條件下，處理面向任務的，更復雜的用例。高速巡航就是一個很好的例子。當足夠滿足ODD（運行設計域）條件時，汽車將以最高130km/h的速度行駛，啟動變道，安全接管汽車的緩慢駕駛。這種先進功能要求汽車能夠遠距離探測前方，盡可能早地識別危險，可靠地保護自由空間，與相鄰車道的汽車和摩托車保持安全距離，確保安全地接管手動駕駛。傳統(tǒng)的雷達無法滿足這種要求，因為它們的檢測距離有限，缺少角度分辨率，無法確定和保護需要的自由空間。在L2+級，當需要時，駕駛員將會接管比較困難的駕駛。激光雷達只是為人工駕駛員提供額外的冗余，出于成本優(yōu)化的原因，L2+汽車設計可能不包括激光雷達。在L3級，汽車需要處理比L2+汽車更多的極端情況。即便駕駛員可在最長一分鐘的時間窗口內接管汽車控制，汽車仍可能需要激光雷達來提供更多的冗余。但是，與提供了相似功能的L2+汽車相比，這種方法的性價比讓客戶不太愿意接受。因此，L3汽車的采用率仍然是一個問題，而在它之后，L4和L5汽車將會占據(jù)市場。都市駕駛是面向任務的復雜用例的另一個很好例子。都市環(huán)境充滿了危險，遠比高速巡航場景復雜得多，要在這種環(huán)境下以最高70 km/h的速度安全駕駛，汽車必須能夠安全地避開擁擠的行人和突然闖入路面的寵物。在世界某些地區(qū)，受時間限制的街道可能自動重新配置為一條或兩條個車道，取決于具體的時段，汽車設計必須考慮到這種情況，很可能只有L5汽車才能應對。在這種用例中，高度精確的目標識別和分類顯得至關重要，高度精確的環(huán)境測繪功能可以滿足這種需求。在L4級和L5級，不要求駕駛員接管汽車，作為最終的手段，汽車會行駛到安全停靠站，完全冗余不再是一個選項，而是必需。出于這個原因，L4和L5汽車將會使用所有三種主要汽車傳感器類型，包括攝像頭、雷達和激光雷達，集成在傳感器組合中。鑒于高性能4D成像雷達能夠幫助我們達到L3級，提高安全合規(guī)性，而無需每輛汽車使用多個激光雷達來提供冗余，因而它有利于OEM在傳感和處理層上節(jié)省可觀的成本。

結論

隨著具備商業(yè)可行性的4D成像雷達技術問世，將對面向L2+和更高級別汽車部署的ADAS傳感器組合產生重大影響，實現(xiàn)L2+級安全和舒適功能的廣泛應用，為L4/L5級完全自動化鋪平道路。攝像頭、雷達和激光雷達傳感器的相對優(yōu)勢，將決定每種傳感技術在各個自動駕駛級別中的角色和意義。特別是，雷達傳感器將會成為最基礎的傳感器，在L2+和L3級以攝像頭為補充，在L4和L5級以攝像頭和激光雷達為補充。恩智浦最近推出了高性能S32R45雷達處理器，它為OEM提供了一條經(jīng)濟高效的途徑，幫助他們實現(xiàn)先進的4D成像雷達功能，在L2+和更高級別的汽車上投入商用，具有適當?shù)某杀窘Y構，這要歸功于該產品采用了智能方法，將恩智浦的先進雷達信號處理IP與先進的16nm FinFET CMOS技術結合在一起。

三、相關下載 

1、白皮書

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2、資料頁

恩智浦 FreeRTOS 產品簡介
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恩智浦 面向成像雷達的S32R45高性能處理器

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平臺間通信框架（IPCF）產品簡介

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