安全實現(xiàn)汽車電子實時性能
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當安全遇上性能
通過與市場領(lǐng)先的一流廠商密切合作，英飛凌推出了一個全新的多核TriCore處理器家族，以滿足在計算性能、更高內(nèi)存容量、安全性和汽車質(zhì)量等方面日益增長的需求。這個命名為AURIX的全新處理器家族，是繼大獲成功的AUDO和AUDOMAX家族的后起之秀。全新設(shè)計的AURIX家族旨在以高能效、高性能的方式，提供最先進的處理能力。TriCore內(nèi)核被重新設(shè)計為兩種不同的版本：一個是超標量版本，可實現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的300Mz性能；另一個是標量版本，在200MHz頻率上，可實現(xiàn)最低電流消耗和最小尺寸空間，是適用于中端應(yīng)用的最高效的解決方案。這兩個版本的TriCore CPU都可實現(xiàn)鎖步，為ASIL D安全系統(tǒng)提供卓越的故障檢測能力和快速響應(yīng)時間。AURIX家族在性能、內(nèi)存容量和封裝方面的靈活擴展性支持在不同器件之間共享一套共用安全實例，既允許在較小的器件上托管單個應(yīng)用，也允許在較大的器件上同時托管多個應(yīng)用，而無需更改軟件架構(gòu)或安全策略。這在一定程度上是由于在每個外設(shè)和每個內(nèi)部總線受控器中集成了一個獨一無二的功能，使之僅接受來自規(guī)定資源的訪問。這種機制（被稱為寄存器訪問保護）（圖2）能夠永久地阻斷或允許任何CPU、DMA或其他總線主控器訪問（或可能破壞）任何內(nèi)部共享資源（SRAM、外設(shè)、IO）的狀態(tài)。這樣，用戶就可以將任何外設(shè)和內(nèi)存組合，專用于各個CPU和DMA。許多外設(shè)也實現(xiàn)了雙配置，以便托管的各個應(yīng)用擁有自己的專用資源，確保“干擾免除”，而不受任何內(nèi)存保護機制或其他與操作系統(tǒng)有關(guān)的封裝機制的影響。對主控制器軟件工程和集成分析而言，節(jié)省空間的潛力很大（~30%），因為混合型臨界系統(tǒng)可以在一個內(nèi)核上為ASILD應(yīng)用托管一個AUTOSAR OS，并同時在另一個核上托管一個不啟用本地內(nèi)存或定時保護的非AUTOSAR OS，該，使得非安全應(yīng)用不可能干擾單片機的與安全有關(guān)的行為。如果想要實現(xiàn)多個ASIL D應(yīng)用，那么AURIX也可托管多個AUTOSAR操作系統(tǒng)應(yīng)用，并完全支持合作模式。全新臨時保護系統(tǒng)在CPU內(nèi)核上執(zhí)行任務(wù)時間預(yù)算監(jiān)管和中斷率監(jiān)測上提供了輔助。這樣一來，ASIL C和ASIL D系統(tǒng)也可以實現(xiàn)AUTOSAR IOC，因為硬件可以監(jiān)測內(nèi)核之間的任何相互作用，并將之限制在預(yù)先規(guī)定的限度內(nèi)。硬件強制執(zhí)行封裝邊界，允許在將監(jiān)測功能集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中時，進行直截了當?shù)陌踩撟C，因為可以直接推斷出“干擾免除度”。這些機制共同提供了實現(xiàn)“半虛擬化”所需的切入點。“半虛擬化”是朝著全“虛擬化”和管理程序邁出的務(wù)實的第一步。因為如今的汽車應(yīng)用事實上并不能提供，也不嚴格要求運行“虛擬機”的能力。
圖2：寄存器訪問保護系統(tǒng)允許向特定CPU和DMA靈活分配外設(shè)和系統(tǒng)資源，強制封裝好后而不受操作系統(tǒng)內(nèi)存保護機制的影響現(xiàn)在，英飛凌最新推出的AURIX家族控制器實現(xiàn)了許多創(chuàng)新技術(shù)和機制，（圖3）是一個可靈活擴展的解決方案，既能滿足最高性能計算應(yīng)用的要求，同時又為硬件帶來了諸多安全特性，而不再依賴于應(yīng)用級軟件。隨著汽車電子控制功能和特性不斷呈指數(shù)級增長，在一顆單片機上托管多個產(chǎn)自不同廠商、具備不同安全危險程度的應(yīng)用的能力，將開啟通往新的域控制器架構(gòu)的大門，在提高系統(tǒng)可靠性的同時，降低復(fù)雜度。
圖3：AURIX超集框圖顯示了兩對鎖步TriCore CPU和一個高性能TriCore，可在統(tǒng)一片上系統(tǒng)架構(gòu)中實現(xiàn)最優(yōu)性能和安全性
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