Ein System-on-Chip für alles R-Car S4: Der Zentralrechner für das Auto

Redakteur: Michael Eckstein

Renesas hat neue R-Car-S4-SoCs und ergänzende PMICs als Automotive-Gateway-Lösung für Fahrzeugcomputer vorgestellt. Mit hoher Performance sowie Netzwerk-, Security- und Safety-Features bedienen die hochintegrierten System-on-Chip-Bausteine den Trend zur Zentralisierung.

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Mit seinen neuen R-Car-SoCs bedient Renesas den Trend zur Zentralisierung von Datenverarbeitungsfunktionen in modernen Fahrzeugen.
Mit seinen neuen R-Car-SoCs bedient Renesas den Trend zur Zentralisierung von Datenverarbeitungsfunktionen in modernen Fahrzeugen.
(Bild: Renesas Electronics)

Renesas Electronics bringt die vierte Generation seiner speziell für den Einsatz in Fahrzeugen entwickelten R-Car-System-on-Chips (SoC) auf den Markt. Eines der ersten Familienmitglieder ist ein S4 genannter Baustein, den das Unternehmen in Kombination mit den hauseigenen PMICs (Power-Management-ICs) als „Automotive-Gateway-Lösung“ vorstellt. Nach eigenen Angaben hat Renesas die neue PMICs voll kompatibel zum R-Car S4 designed. Denkbare Applikationen sind zum Beispiel Fahrzeugcomputer, Kommunikations-Gateways, Domain-Server und Anwendungsserver.

Nach Angaben des Herstellers erfüllen die Komponenten die Anforderungen der Automobilindustrie an hohe Rechenleistung, Unterstützung für High-Speed-Netzwerke, umfassende Security und hohe funktionale Sicherheit – alles Eigenschaften, die essenziell sind für das Entwickeln der E/E-Architektur in Richtung Domänen- und Zonenkonzept. Vorhandene, für R-Car-Systeme entwickelte Software soll sich wiederverwenden lassen (Software Re-use), was die Effizienz in der Entwicklung verbessert.

Vorhandene Programme auf der neuen Plattform weiter nutzen

Bis zu 88 Prozent des Softwarecodes, der für Anwendungen mit R-Car-SoCs der 3. Generation und RH850-MCUs entwickelt wurde, soll auf den neuen R-Car-Chips lauffähig sein. Das verfügbare Softwarepaket unterstützt laut Renesas die Anwendungsentwicklung mit R-Car S4 einschließlich Echtzeit-Kernen durch verschiedene Treiber und Basissoftware wie Linux BSP und Hypervisor. Darüber hinaus sei eine virtuelle Plattform (VPF) von einem Partnerunternehmen verfügbar. Daher können sofort mit der Softwareentwicklung und -evaluierung begonnen werden.

Laut Takeshi Kataoka, Senior Vice President und General Manager der Automotive Solution Business Unit bei Renesas, sind das sichere Anbinden an Cloud-Dienste und die Kontrolle der fahrzeuginternen Steuerungssysteme große Herausforderungen für Fahrzeugentwickler. Die neuen R-Car-S4-Produkte würden genau diese Probleme adressieren.

Unterschiedliche ARM-Kerne für spezielle Aufgaben

R-Car S4 integriert mehrere ARM-Cortex-A55- und Cortex-R52-Prozessorkerne. Laut Renesas ist es das erste SoC mit einer implementierten RH850-MCU (Microcontroller Unit) für das Management der Control-Domain. R-Car-S4-SoCs sind mit mehrere Automotive-Schnittstellen wie 16x CAN FD, 16x LIN, 8x SENT, 1x FlexRay, 4x PCIe V4.0 sowie einen 3 x 2,5 Gbit Ethernet Switch mit hoher Bandbreite ausgestattet. Damit sollten sich auch umfangreiche Kommunikations- und Konnektivitätsoptionen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Fahrzeugs realisieren lassen.

Die neuen PMICs für R-Car haben erweiterte Leistungsmodi, die einen extrem stromsparenden Betrieb unterstützen sollen. Der PMIC RAA271041 verwendet die 12-V-Versorgung des Fahrzeugs und unterstützt laut Hersteller Load Dump und Cold Cranking Pulse in einem weiten Arbeitsbereich bei gleichzeitiger First-Stage-Regulierung. Der RAA271005 ist ein Functional-Safety-konformer 11-Kanal-PMIC. Er reguliert den Output des RAA271041 weiter auf die verschiedenen Versorgungsspannungen herunter, die von R-Car S4 und seinen Peripheriegeräten wie dem LPDDR4x-Speicher benötigt werden. Mit den beiden Bausteinen soll sich eine komplette Stromversorgungslösung von der Fahrzeugbatterie bis hin zu den Systemspannungen aufbauen lassen.

Evaluierungsboards helfen beim Entwickeln eigener Lösungen

Zum Entwickeln eigener Lösungen hat Renesas sogenannte Winning Combinations zusammengestellt, sprich: mit dem R-Car-S4-SoC, den PMICs RAA271041 und RAA271005 sowie einem Timing-IC von Renesas (Autoclock RC2121x) aufgebaute Evaluierungsboards. Diese vorgetestete Lösung soll das Designrisiko reduzieren und den Entwicklungszyklus verkürzen.

Zu den Hauptmerkmalen der R-Car-S4-SoCs zählen:

  • Acht 1,2 GHz Cortex-A55-Kerne, ein Cortex-R52-Dual-Core (Lock-Step) mit 1,0 GHz und zwei 400 MHz RH850 G4MH-Dual-Core (Lock-Step) bieten bis zu 27 KDMIPS Applikations-Performance sowie Echtzeit-Performance von mehr als 5,3 KDMIPS.
  • Zahlreiche Automotive-Schnittstellen wie 16x CAN FD, 16x LIN, 8x SENT, 1x FlexRay und 4x PCIe V4.0 ermöglichen eine breite Palette an Konnektivität im Fahrzeug.
  • Der integrierte Ethernet-TSN-Switch bietet eine Bandbreite von 3 x 2,5 Gbit/s für eine schnelle und latenzarme Kommunikation im Fahrzeug-Backbone sowie nach außen. Dieser Switch ist vollständig durch die TSN-Konformitätstests der C1-Automotive-Testsysteme von Spirent validiert.
  • 8 MB integriertes SRAM zur latenzarmen Ausführung von Code auf den RH850 G4MH-Kernen
  • Mehrere Hardware-Security-Module (HSMs) bieten optimierten Schutz vor Cyberangriffen.
  • R-Car S4 ist ISO-26262-konform und unterstützt funktionale Sicherheit gemäß ASIL B und ASIL D.
  • Der R-Car S4 ist in einem 23 mm x 23 mm und der R-Car S4N in einem 19 mm x 19 mm FCBGA-Gehäuse verfügbar.

Zu den Hauptmerkmalen der PMICs für R-Car zählen:

  • Programmierbarkeit ermöglicht eine einfache Anpassung an den R-Car S4 und zukünftige R-Car-SoCs.
  • RAA271041 und RAA271005 bieten eine erweiterte Leistungssteuerung, um extrem stromsparende Betriebs-Modi für Always-On-, DeepSTOP, Cyclic-Run- und Suspend-to-Ram zu unterstützen.
  • RAA271041 ist ein Vorregler, der zwei 42-V-Synchronregler, Buck und Boost, implementiert. Die Boost-Stufe des Produkts unterstützt die Buck-Stufe, wenn die Batteriespannung bei Cranking-Transienten auf bis zu 2,5 V abfällt.
  • RAA271041 und RAA271005 wurden nach ISO-26262 entwickelt und unterstützen Safety-Systemanforderungen bis ASIL D.
  • Integrierter 12-Bit-SAR-ADC überwacht externe Signale und ersetzt einen externen ADC.
  • Dynamische Spannungs/Frequenz-Skalierung ermöglicht die Änderung der Ausgangsspannung, um den Stromverbrauch weiter zu optimieren.
  • Optionale Spread-Spectrum-Clock vermindert EMI.
  • Integrierte Unterstützung für die Start-up-Phase des R-Car S4 vereinfacht die Ausführung der SoC-Selbsttests.

Muster der R-Car-S4-SoCs, der RAA271041- und RAA271005-PMICs und die zugehörigen Evaluierungsboards sind laut Renesas ab sofort verfügbar.

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