恩智浦半导体徐红平：恩智浦用于汽车电气化的产品与方案

6月27日，在2023第三届xEV驱动系统技术暨产业大会，恩智浦半导体公司大中华区汽车电子高级现场应用工程师徐红平说：“信息安全是目前车厂越来越需求的，而且我们有很多客户问我们信息安全的问题。”

在电池管理上，徐红平提到：“使用了恩智浦功能安全的主控制器、SBC、模拟前端后，很多安全机制我帮你做完了，你不需要额外加东西，功能安全的主题是你要用最简洁的方式实现你的安全需求，你的器件越多，整个系统的整体失效率就越大，而我们的方案提供很多安全机制会帮你把残余失效率限制到一个相当可观的数值。”

以下是演讲实录。

徐红平：大家下午好，我是来自恩智浦半导体原厂的，我今天给大家演讲的题目是“恩智浦用于汽车电子化的产品与方案”。

我们恩智浦2015年是由两家公司合并成立的，它的产品有很多，比如大家常见的DN，RF，工业或者消费品半导体，还有RTC等汽车上应用的产品。我这里讲解的产品基本上都来自于原来老飞思卡尔的产品，当然老恩智浦的也有。

汽车电子按照我们公司内部的划分，大概有这么五部分。我们这边产品应用因为每一个不同的应用有不同的应用工程师负责，比如大家知道车载娱乐的i.MX系列，还有车载网络和信息安全的，大家耳熟能详的是我们的S32G，包括后续产品S32N。ADAS辅助驾驶产品中雷达应用我们有S32R，视觉有S32V，车身电子我们有很多通用器件。车身系统也有自己的专用产品，比如把模拟器件LDO、驱动整合在一个硅片上的产品MagniV，后续产品是S32M。我负责的这一块叫电气化，简称VDS，就是新能源应用、BMS、电驱包括整车控制等的应用。

我们产品内部是有交叉的，比如通用器件我们每个都可能用到。我们最简单的器件叫KEA系列，我们有很多8位机和16位机市面上大量使用，产量也非常高。如果是做新品，我们已经不推荐你用老的8位或者16位的了，我们会推荐你用KEA系列，使用ARM Cortex-M0+内核，提供8—128K的Flash产品，主频在40—48 MHz。封装从TSSOP-16到QFP-80，有带CAN的产品。它是一款入门级的32位的产品，产品可以覆盖老的8位和16位的单片机，如果要做新产品，觉得老的8、16位机可以用，功能足够，你想继续用，可能会有一个问题，你拿不到报价，除非你以前有我们老的产品一直在走，你找我们谈价格的时候只能用老价格，谈新价格要找我们的新品。这个系列的器件我们在2015年之前就有量产的产品。

主要是因为后来大家需要CANFD产品，还可能需要功能安全、信息安全，我们后面推出了一个S32K1的产品系列，有S32K11x和S32K14x两个子系列，S32K11x系列是M0+内核，程序是128和256K，S32K14x是M4内核有4个规格的产品，256K、512K和1M、2M的，把一些新需求的产品比如功能安全的，ASIL—B等级的；信息安全CSEc。而且这个系列里我们如果相同封装类似资源硬件是兼容的。封装基本上可以从32脚一直到176脚。这个产品之后我们又提了一些更多的需求，比如CAN FD，我现在最多是1—3个。随着后来的需求，可能会有更多的CANFD，比如6个。功能安全可能需要ASIL—D的，信息安全有更高的要求，以前的版本只能适合几年前的需求，现在新需求更多。

我新出了一个S32K3系列，内核是M7核的，性能比M4核升级一下，功能安全覆盖ASIL—B和D的需求，加密的版本叫HSE，有比较多的CAN FD，封装我们也会有48脚一直到289脚MGA的。主频从120一直到300M。FLASH大小从512K一直到8M。我们现在4M及以下的版本已经量产了。8M版本会在年底或者明年1月份的时候开始陆续量产。

这三个子系列是我们电气化里面的通用器件，包括车载网络、辅助驾驶、娱乐系统，里面也会用到这些产品，每一个不同的BU解释它的产品的时候都会带到这些通用器件，后面的产品是我们和电气化相关的相对专用的器件。

我们内部代号叫S32K3E，在K3的基础上升级的，里面有一些专用的适合电气化应用的外设。提供的是4兆和6兆的版本，主频320。这个器件在明年一季度的时候会陆续量产。后面还有一个系列是S32Z和S32E的产品，有四种FLASH产品类型，一种是片内没有FLASH的，还有16M、32 M、64 M，主频是800 MHz起的系列。它的主要针对市场是域控制器，我们以前出这个芯片的初衷是我们的合作方提出的需求，用一颗器件替换整个发动机舱里面所有的应用，再用一颗芯片把底盘上的应用都整合到一起。S32K3E和S32Z/E中间还缺了一块，比如16—8兆之间还少了一块，我们有后续产品的，下半年之后我们会有一个产品可以补在上面，只有个别头部的Tire1我们已经有介绍，大家请尽情期待！

K1和K3要说一下，K1虽然简单，主频不高，64、80、112兆主频的，性能不太高，M4核，Flash最多2兆，可以提供信息安全的第一代版本的CSEc，功能安全ASIL-B，可能会带百兆以太网的产品或者CAN FD。现在中K1很多性能其实是不够的，比如BMS里面可以用作CSC，但BMU，需要一定运算量的，也有更高功能安全等级的要求。我们现在K3主频上去了，M7核的DMIPS性能外网公布的数据每兆赫兹2.15左右，K1是M4核，每兆赫兹乘以2。性能上如果你跑200 MHz乘以2.15就是430，因为它是一个多核系统，这边是1—4，指你可以用4个核，全部用起来，当然如果4个核，应该还有多一个物理核，这个核和其中一个核锁步。这几个个核最多可以跑到300兆，Flash最多到8兆，加密版本我们升级到HSE。功能安全我们把ASIL-D也实现了，升级到千兆以太网，我们还有FlexIO，如果你通讯口不够，用它来模拟诸如串口、I2C/I2S/SPI等，它里面主要的功能就是移位寄存器，如果你是串行的通讯，它的移位是主体，可以适配不同的通讯协议。

我解释一下信息安全，信息安全是目前车厂越来越需求的，而且我们有很多客户问我们信息安全的问题。一个是CSEc，这边一列的产品写的是CSE3，CSE是这样的，因为我们恩智浦或者原来飞思卡尔很早之前就有信息安全的芯片，我们2011年就有这种器件，是和全球合作的车厂定制的。

大家知道国际信息安全委员会是13年之后才成立的，那个时候我们已经有东西了，我们的标准叫SHE。后来国际信息安全委员会成立以后，对外宣称以后信息安全的叫法叫CSE，有人就会质疑我们加密的标准不符合CSE，其实CSE标准的内容和SHE是一样的。飞思卡尔/恩智浦是国际信息安全委员会的主要参与方和贡献者。

我们后面还出了第二代的版本叫HSM，很多友商也推出了他们的第一代信息安全的模块，也都叫HSM，HSM是一个比较被大家都认可的加密的通用称呼。HSM支持SecureBoot，早前的SHE/CSE是不支持的。CSEc是我们HSM之后出来的，也把这个功能加上去了。

后来的需求逐渐提高， CSEc/HSM显得功能不够看了，而且很多车厂都提出了他自己的要求，我们在2017年的时候开始规划我们第三代信息安全产品，我们叫HSE，后面的字母有—B、—M、—H，B表示入门级的，H是最高级的。我们手册上宣称我们加密的性能都是超过最高的EVITA FULL要求。

有一点需要说明，国际正式标准是2019年才产生的，我们HSE的概念是2017年出的。我们的K3/K3E等的HSE兼容ISO21434规范，我们没有证书，因为我们这个产品开始定下来做的时候还没有ISO21434，ISO21434规范基本来自我们公司的HSE。

K3系列产品大概的类型，这边是单核，这是有一对锁步核的，上面K3E的出厂时有2对锁步核，其中有一对锁步核可以被解开成两个非锁步核，还有一个产品类型是有2对锁步核，一对非锁步核，其中有一对锁步核可以被解开，这样就有3个非锁步核和一对锁步核，K3和K3E的产品如果封装一样，可以实现兼容，至少可以实现PCP的兼容。我们有很多BGA是257脚的，也有几个地方可能会不太一样，主要是K3E上面有几个脚的定义不太一样，你要在PCP板上做跳线。我们有一些产品是相同封装的，也是可以兼容的。

这边解释一下K3E，我们从K3上演化出来的产品东西，K3是一个基础的产品，包括4M版本是最基本的，8M版本和K3E版本都是在这个版本上发展出来的，如果用过我们K3的东西，转成K358和K3E，很容易，都是M7核，算法、驱动都是一样的，大家都可以兼容。唯一不同的就是有一些特色的外设不一样，我们K3E的eFlexPWM单元，可以产生纳秒级的PWM。还有西格玛-德尔塔ADC， I/O Co—Processor，即eTPU。还有ZipWire，两颗MCU通过片上SIPI和LFAST连接，这样两个芯片可以互相访问对方的内存，我们友商也有类似的协议。还有CoolFlux，是电机控制应用中西格玛-德尔塔ADC的加速协处理器。还有一个不一样的地方，比如我们的SAR ADC多达7个模块，每个模组可以同时采用，我们内部有触发机制可以同时触发采样，现在理论上可以两个电机控制用一个芯片搞定。

这是K3E的框图，如果用过我们恩智浦或者原来飞思卡尔57系列里面的器件，对这个框图的外设可能比较熟悉。

我们有一个产品叫MPC5777C，它是2个核，两个eTPU，有eMIOS，另外还有一颗MCU叫MPC5744P，一对锁步核，有SWG这个模块，还有SAR—ADC，K3E将这两个MCU整合在一起，这个芯片包容了两大产品里面的优势。

MPC5777C在很多新能源汽车上大家应该都见过，占有市场的比例还不低，但是大家可能不知道这颗料是MPC5777C，因为你们看到的是一个定制料号，大家可能不知道它的通用料号是MPC5777C。它的最大用户是国内知名车企。MPC5744P也是这个车企，用量也比较多，比如做早期电驱也会用到它。MPC5744P是我们MPC5643L的升级版， MPC5643L是全球第一颗拿到ASIL D认证证书的汽车电子MCU。

我们的K3E增加了相应的功能，比较常见的应用，是电机控制，我们现在提出来的方案，都源于早前的MPC5777C/MPC5744P，这两个系列都可以做电机控制，也有量产产品。南方有一些车厂也在用我们的K3E产品做电驱，我们的K3E有2个eFlexPWM单元，每一组可以产生三相6路PWM，又有2个eTPU，可以控制两个电机。这是单个电机的框图，通过反馈信号，做旋变软解码的处理。我这边还有一个优势，我的协处理器是通过微码编程的，很多代码我初始化导入之后CPU是不用管的，协处理器对加速是很有效的，而且主频是320MHz，速度很快。这一颗料的器件可以顶经典S32K3两颗料的性能，还包括软解码解决方案，也解决了功能安全ASIL-D和信息安全。我们有很多资料介绍，都是公开的东西，恩智浦官网上就可以找到很多关于eTPU的文档和样例，里面有很多的源码都可以拿来用，这都是免费的。

另外一个系列就是S32Z/E系列，这是我们给域控制器用的。HSE—H的硬件加密，器件由8个R52的内核和一对M33的系统管理单元，8个R52neihe 可以组合成4对R52的内核跑800MHz。它有很多外设，我们这边有一个FlexLLCE的外设管理，同时还可以提供没有内置FLASH的版本，可以通过DDR和QSPI去扩展，扩展你需要的程序FLASH。里面带有GTM，这是博世的需求，我们的合作方是博世，我们集成的是他们第四版的GTM。它的结构框图是这样的，出厂的时候是4对R52锁步核，运行过程当中可以解开，它还有一对锁步的M33系统管理单元，用于安全启动和电源管理，我们这边标的DMIPS性能是，如果4对800MHz的DMIPS，就是6000，如果把其中2对解开，就是9000DMIPS。也可以全部解开，全部都非锁步核，就是12000 DMIPS。有一个大家可能需要注意，我的核的主频是800MHz，理论上来说一个跑800MHz的R52的核和2个跑400MHz的R52的核，DMIPS是一样的，但是实际性能完全不一样，1+1有的时候等于1.5已经做得相当不错了。两个400兆的核互相分享内容的时候要花很多时间在这个上面，它的性能是受限的。我们这边可以全速跑800MHz，内部有19M的SRAM，速度非常快，性能非常可观。

实际应用举例是这样的，这里展示的四合一还是浪费的，因为有很多应用可以加在里面，加得越多越能体现出这个器件的功能强大。我现在4个应用，有可能大家都是功能安全的，那么原先的每个应用可能至少都需要一组带功能安全的电源和一个带功能安全的MCU，还有一堆收发器的要求。现在整合到一起，只需要一颗带功能安全的MCU和两个电源，有限的收发器，内部所有的数据并不都需要传到CAN/LIN/以太网的网络上，可以在内部帮你全部处理掉，而且这边所有的外设信息收发类似于邮局的方式收发，效率会非常高。优势在这里，问题是这个料国内有人在用吗？有人用，但是目前只有车企在主导使用，我们在Tire1这边推广稍微有点难度，我可以把很多的应用装在一起，性能没有问题，但是这么多应用在一起涉及到不同部门，谁说了算，没人搞得定，车厂可以搞定，Tire1比较难搞定。我们现在国内使用这个系列的都是车厂和Tire1和我们一起在搞这个，我们年底的时候会有第二版的产品出来的时候客户项目就可以到做PV试验。

前面讲的都是微控制器，我们恩智浦这边还有很多汽车上用的专用模拟器件。最常见的有这么几类，一个是系统基础芯片，即SBC。我们还有门极驱动，还有电池管理上的BCC的产品。我们还有IO扩展的器件，还有eSwitch电子开关，传感器和RTC等。。

SBC，我们有很多产品，我们最早的是MC33907和MC33908，配合的是MPC56xx系列的产品，这颗器件随着我们MPC56xx产品推出来的，也就是2010年左右开始概念，一直到2012年左右量产的器件。是ASIL-D的。后续随着大家不同的需求，我们推出了FS系列，FS65/45、FS85、FS26，还有FS86+PF5030，他们也有ASIL-B的版本。

SBC我们可以提供哪些功能。一个是高低压检测，输出到MCU端是低压5V或者3.3V的过压/欠压检测，还有电池端的检测，并且由它产生相应的失效安全保护动作，提供外置的硬件看门狗。我们会有一些端口可以识别一些特殊信号，如：来自MCU的错误输出信号，我们这个器件还可以提供低功耗的策略。SBC的产品市场部、工程师老师很自豪地和我们说，我们产品可以覆盖不仅是恩智浦的产品，还可以覆盖友商的产品。

真正能做到功能安全ASIL-D的SBC很少，我们友商有些SBC产品也只能覆盖友商某一个系列的产品，但是有些高端产品没法覆盖。早前的功能安全ECU上用的就是我们安全SBC，很多拆机的时候会看到主控芯片不是我们恩智浦的，但里面的电源芯片是我们的。如果想做功能安全的ECU的，带功能安全的SBC是跑不掉的。

功能安全ECU中，MCU和SBC推荐这样连接， MCU和SBC两个可以组成一个最小系统，MCU和SBC各自都可以让你提供很高等级的安全机制。SBC提供电源，现在新的SBC可以提供电源树，可以让用户自己配置的，出厂可以配置成你要求的，多少路电源输出、每路多大的电源输出能力。还有可以提供外部硬件复位，和MCU连接是通过SPI或I2C连接，还提供对MCU的错误输出监测，MCU如果要做功能安全，因为功能安全有一个强制要求，如果宣称你的产品是功能安全的，需要保证在10个毫秒的FTTI时间之内，如果一旦有错误产生就可以置位错误标志，你要去处理掉，一定时间窗口里如果处理不掉，这个FCCU单元马上有一个动作，会告诉别人我这个器件有问题，我的SBC电源可以监测这个信号做相应的策略，比如复位芯片，多次复位之后还不能清除错误就下电，这个策略SBC是可以实现的。另外SBC还可以产生安全失效保护这个动作，可以直接把执行机构关了，让整个系统处于安全状态。如果MCU有问题通过FCCU来告诉SBC，要是SBC电源出问题了怎么办，互相告诉对方我是不是还活着，这是功能安全里面一个很重要的机制。我们有很多软件的驱动，电源和MCU都有很多的驱动，安全手册上都可以推荐你做哪些安全机制，你如果能做到这些安全机制，就可以保证产品能够达到最高达ASIL-D的要求。

门极驱动，我们大概有这么几类门极驱动产品。GD3100是低压的，用于12V系统。高压的IGBT的，还有碳化硅的是GD3160。很多客户可能已经评估甚至实际使用过这个产品了，它的驱动能力是15A，我们当时推这个器件的时候配套的IGBT是英飞凌和Fuji的IGBT，有一些客户是自制的IGBT，于是有找恩智浦合作评估GD3160的案例。GD3160这颗料因为已经量产接近2年时间了，也可以用在碳化硅的的驱动上，现在很多碳化硅的应用也可以用这颗料。我们的GD3162会在年底推出，和GD3160兼容，现在有很多用GD3160的客户想用碳化硅的时候其实已经把我们GD3162样品做过测试，等到量产以后直接贴GD3162即可。GD3162主要是为了碳化硅专门在GD3160的基础上优化的，它的驱动能力更强，达到了30A，还有一些新特性，诸如通过VT曲线估算产品寿命等。

实际应用是这样的，我们GD产品的驱动在IGBT之前，MCU之后，可能需要6颗GD3160或者GD3162器件，我们的GD3160和GD3162的结构是这样的，磁隔离，低压和高压完全分开，我们做过破坏性试验，即使把高压强行注入，MCU还是安全的。提供的很多诊断包括内部温度等都可以采集到，并通过隔离传输到低压端，最后通过MCU和SPI通讯，把状态读出来。我们GD3160应用的目标是800V/ 400千瓦以上的输出。

电池管理，我们的产品出来得也比较早。大家如果做BMS应用最常见的就是MC33771这颗料，推出已经五六年了，BJB会推荐MC3372，这个是6串的，MC33771是14串的，BJB不需要那么多，6串就足够了。还有一款MM9Z1_638的器件，是MCU和模拟整合在一起的器件。接MCU的网关用的是MC33664。新一代的我们会推出一个14串的MC33775和18串的MC33774。BJB我们会出MC33777，网关我们会升级到MC33665。我们提供的器件都是ASIL D。有很多安全机制我帮你做完了，你不需要额外加东西，功能安全的主题是你要用最简洁的方式实现你的安全需求，你的器件越多，整个系统的整体失效率就越大，而我们的方案提供很多安全机制会帮你把残余失效率限制到一个相当可观的数值。

我们有很多好东西希望大家能够关注一下，首先是免费的文档，我们恩智浦相对于友商来说很多文档开放性是很大的，虽然我们现在有很多资料会限制大家往外传，比如我们有很多的手册，官网上既然已经有了，客户完全可以到我们官网上下载。它下载唯一的要求就是注册一下，如果你是一个正规公司，在我们官网上用公司邮箱注册一下，5分钟之内就会收到一个回复邮件，点开以后密码就是你设置的密码，后续你要下载的资料用那个账号登录一下就可以。但是如果用门户网站的比如163的邮箱那是不行的，可能会被我们系统过滤掉，认为你不是一个靠谱的用户。我们有很多产品，比如手册，不管参考手册还是数据手册包括应用笔记，官网上都是公开的，可以随便下，但是这些资料你要关注我们会有更新，应用笔记上的参考代码是有免责声明的，可以拿来用，但是修改的时候要声明你修改了什么地方，让人家知道你改自哪里。

我们有很多产品，有两个地方要注意一下，我们有一些和功能安全有关的资料，Safety相关文档，我们有一个专门的SafeAssure NDA Community的网站，可以找到安全手册，SEooC FMEDA、FMEDA分析报告和PPAP以及评审报告都在这上面。你没有这个网站上的资料做功能安全项目是不太靠谱的。我们另外还有一个网站叫DocStore，比如我们的模拟器件SBC、BCC、GD产品等等，很多技术文档需要在这个网站上获得，这个网站的访问你要申请权限的。也是需要系统审核你的NDA。我们有一些早先的产品比如S32E等最初也是在这个网站上的，新品要等到公开以后才会移到官网上。还有一些资料比如信息安全文档、软件指导手册也是在DocStone上的。有的公司对你们电脑限制很严重，不允许访问这个那个网站，我们是正规网站，我们很多资料都是可以用的。只要关注一下上面声明。

我们有免费调试的IDE，还有上位机的监控软件FreeMASTER，还有电机控制库以及电机控制模型化的MBDT插件，都可以下载。还有RTD，我们现在推出来的，底层驱动和AutoSAR产品都是同一个团队做的，只是包装是两个团队做的。AutoSAR产品包装之后会有一些服务的收费。收费肯定要加很多东西，要花很多功夫打包。底层的东西是一样的，函数接口是一样的。我们还有很多驱动都是基于RTD的方式做的，比如：我们的SBC和GD的底层驱动，和安全外设相关的SPD驱动也是免费的。安全手册推荐的安全机制应该怎么实现？如何诊断你实现的安全机制，就是SAF这个软件。我们还有一个Core Self—Test软件，这两个软件是收费的。我们还有LIN Stack、AVB、TCP/IP、OTA Demo，我们有很多好东西，大家没事可以去我们官网上看看。

我是应用工程师，对于我们产品有技术问题可以找我，要产品报价、要样品和评估板请找我们销售和市场。

谢谢大家。