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Die neuen Stellar-Mikrocontroller von ST, die speziell für Automotive-Anwendungen entwickelt wurden, sollen auf Basis durchdachter Architekturlösungen sicherheitskritische Anwendungen bis ISO 26262 ASIL-D ermöglichen.
Der Start der Massenproduktion ist für 2024 geplant, aber STMicroelectronics (ST) liefert bereits Muster seiner neuen, skalierbaren 32-Bit-Mikrocontroller (MCU)-Familie Stellar SR6 an führende Kunden aus. Darunter sind vor allem Hersteller aus der Automobilindustrie.
Mit den SR6 Stellar MCUs sollen Unternehmen leistungsfähige und energieeffiziente Fahrzeugplattformen entwickeln können, erklärt ST. Die MCUs eignen sich besonders für Domänen- und Zonencontroller, die die Verkabelung im Fahrzeug vereinfachen, einen Umstieg auf softwaredefinierte Plattformen ermöglichen und so für mehr Flexibilität und einen reichhaltigeren Funktionsumfang sorgen. Darüber hinaus sollen die Stellar-MCUs auch die Systemzuverlässigkeit erhöhen.
„Mit den Stellar-Controllern haben Automobilhersteller und ihre ausgewählten Partner die Möglichkeit, ihre Kundenbeziehungen durch Mehrwertdienste zu stärken“, erklärt Marco Monti, Präsident der Automotive and Discrete Group bei STMicroelectronics. Er sieht die neuen Bausteine als „Pioniere für das intelligente, vernetzte Auto der Zukunft, das nicht nur sicherer und nachhaltiger, sondern auch ein besseres Nutzererlebnis bietet“.
Die Stellar-SR6-MCUs basieren auf der robusten, energieeffizienten FD-SOI-Prozesstechnologie (Fully Depleted Silcon on Insulator) von ST. Aufgrund der zusätzlichen, im Substrat vergrabenen Isolationsschicht, die wie ein Schild gegen ionisierende Strahlung wirkt, ist FD-SOI robuster als die einfache Bulk-CMOS-Integrationstechnologie. Dies äußert sich laut ST in einer sehr geringen „Soft Error Rate“ (SER) der Steuerung. Dies erhöht die Systemzuverlässigkeit und -verfügbarkeit enorm, sodass die Baureihe die Anforderungen für funktionssichere Anwendungen nach ISO 26262 nach ASIL-D erfüllt.
Die Mikrocontroller sind laut Hersteller zu hardwarebasierter Virtualisierung fähig, "damit mehrere Softwareanwendungen bei gleichzeitiger Beibehaltung von Leistung und Echtzeit-Determinismus nebeneinander existieren können". Gleichzeitig hätten Entwickler mehr Freiheitsgrade, da mehrere unabhängige Anwendungen oder virtuelle ECUs (Electronic Control Units) auf demselben physikalischen Mikrocontroller laufen können.
Die ersten MCUs der Stellar SR6 P- und G-Serie sind laut ST mit bis zu 20 MB robustem PCM-Speicher (Phase Change Memory) ausgestattet, der für Temperaturen bis 165 °C spezifiziert ist. Damit wird die Funktion des Lagersystem, das die Anforderungen des AEC-Q100 Grade 0 Standards auch unter sehr anspruchsvollen Umgebungsbedingungen erfüllt.
Dank dualer Bildspeicherung sollen die Komponenten der Stellar-Serie zudem eine effiziente Over-the-Air-Reprogrammierung (OTA) bei deutlich reduziertem Speicherbedarf ermöglichen. Möglich macht dies eine von ST entwickelte Technologie: Sie können die PCM-Zellstruktur so konfigurieren, dass sich die Speichergröße bei den OTA-Updates auf bis zu 2 x 20 MByte verdoppelt. ST gibt auch an, dass die Zugriffszeiten mit seinem eigenen PCM-Speicher kürzer sind als mit anderen nichtflüchtigen Speichern wie zB Single Transistor (1T) NOR Flash.
Der PCM-Speicher ist auch in der Lage, einzelne Bits zu ändern. Das verhindert laut ST Single-Bit-Fehler, steigert die Performance – und ermöglicht innovative Konzepte im Anwendungsdesign durch die Kombination der Eigenschaften von nichtflüchtigem Speicher und RAM. Auch die native EEPROM-Unterstützung soll integriert werden. EMMC (embedded MultiMediaCard) und Hyperbus-Schnittstellen dienen zum Anschluss externer Speicher.
Die Stellar SR6 MCU-Familie besteht aus den beiden Serien P und G, die auf derselben Plattform basieren. ST hat die Stellar-P-MCUs für die Integration in Antriebsstrang- und Elektrifizierungsintegrations-/Domänensysteme entwickelt. Hohe Echtzeitleistung und Determinismus sollen „ein herausragendes Fahrerlebnis und funktionale Sicherheit“ bieten. Die Stellar G Controller hingegen sind mit „effizienten Beschleunigern für das geschützte Datenrouting über CAN-, LIN- und Ethernet-Netzwerke ausgestattet und verfügen über vielfältige Kommunikationsschnittstellen“.
Flexible Low-Power-Betriebsmodi und ein intelligentes Monitoring-Subsystem würden helfen, den Ruhestromverbrauch stark zu reduzieren. Dies würde insgesamt zu einer sehr guten Energieeffizienz führen. „Jedes Modul ist für den vorgesehenen Einsatzbereich maßgeschneidert, sodass optimierte, rationelle Lösungen für die Anforderungen der nächsten Fahrzeuggeneration angeboten werden können“, sagt Monti.
Jede Stellar-MCU basiert auf sechs ARM Cortex-R52-Kernen mit Lockstep- und Split/Lock-Fähigkeiten und ist für die Anforderungen der ISO 26262 ASIL-D ausgestattet. Die Virtualisierung und Trennung der Softwareanwendungen erfolgt über die Berechtigungsstufe des Cortex-R52-Hypervisors und die ID der virtuellen Maschine (VMID). Der Schutz des Ressourcenzugriffs ist auf allen Ebenen der Architektur (hauptsächlich der Kern-MPU und den Network-on-Chip-Firewalls) gewährleistet. Drei ARM Cortex M4-Kerne mit Gleitkomma-Recheneinheit und DSP-Ergänzungen unterstützen anwendungsspezifische Beschleunigungs- und Sicherheits-Subsysteme.
Mit an Bord sind außerdem „Hardware Security Modules“ (HSM) mit voller Unterstützung der Cyber Protection Architektur EVITA (E-safety Vehicle Intrusion Protected Applications). Die HSMs werden laut ST mit dem Multi-Bus-Routing kombiniert, um die Verbindung zu zeitkritischen Fahrzeugnetzwerken (Ethernet, CAN-FD, LIN) zu schützen. Für noch mehr Sicherheit sollen Verschlüsselungsbeschleuniger für MACsec (Media Access Control Security Protocol), IPsec (IP Security Protocol Suite) und CAN-Authentifizierung sorgen.
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Link: PCM-Speicher (Phase Change Memory) von ST
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