ChrisKKC的博客

汽车SoC芯片及其安全岛设计与未来发展趋势（学习笔记）

具体需要采用的安全机制绝大部分取决于需要实现的ASIL等级，ASIL等级越高，需要采用的高诊断覆盖率的安全机制就越多。功能安全岛，本质上就是一颗满足高ASIL级别的MCU芯片，以外接形式或者直接嵌入SoC之中而已，以下图TDA4VM为例，其中直接集成了一颗MCU Island，采取了双核锁步的芯片架构 Arm Cortex R5F，独立的时钟，看门狗模块，内存等。一般情况下，FSI控制单元需要通过冗余设计(如双核心、双通道架构)，确保系统在一个部分发生故障时，另一个部分能够接管并维持系统的正常运行。

汽车智驾系统，尤其是高级或者自动驾驶系统，安全三座大山，即功能安全(ISO 26262)，预期功能安全(ISO 21448)，信息安全(ISO 21434)，对整个系统的安全提出了很高的要求，因此，除了实现功能本身外，还需要对系统各个模块提供实时监控、故障检测、安全通信，为安全策略的执行提供可能性。本质上就是一颗车规级嵌入式高安全级别要求的MCU(例如，ASIL D)。为了实现较高的安全性，安全岛必须和SoC其余硬件部分隔离开，形成单独的一个区域，这就好像大海中间一个独立的岛屿，所以安全岛的名称由此而来。

在SoC的右侧，首先是PHY（物理层接口），它是一个数模混合模块，负责实现特定通信协议的物理层功能，需要模拟工程师的重点关注。紧邻的是AFE（模拟前端），它对微弱的模拟信号进行放大和处理，然后将其转换为适合ADC或数字电路处理的格式。尽管每个SoC芯片的具体模块配置可能因应用需求而异，但左侧列出的模块，如微处理器、总线、SRAM、NVM和外设接口控制电路，几乎在所有SoC设计中都是标准配置。随着技术的发展，SoC设计将继续向着更高的集成度、更低的功耗和更强的性能方向发展，以满足不断增长的市场需求。

汽车SoC控制器是一个高度集成的芯片，属于相对定制化的解决方案，内含多个关键组件，每个组件都在整体架构中扮演着重要角色，针对不同的应用领域和需求，所集成的组件也不尽相同。

为了应对这些挑战，汽车制造商和半导体公司开始采用SoC(System on Chip)控制器，它将计算、存储、通信和传感器接口集成在一个芯片上，提供更强的处理能力、更高的集成度和更好的能效表现，从而支持汽车的智能化发展，SoC这种多核异构的架构也就成应运而生。随着汽车从传统的机械工具向智能移动终端转型，车载电子系统的复杂性和功能性呈现爆炸性增长。过去分布式电子电气架构下，车辆的控制系统由多个ECU（电子控制单元）组成，每个ECU负责特定的功能。

SoC 设计协调了不同部件，如中央处理单元 (CPU)、内存子系统 (RAM、ROM)、输入/输出接口 (GPIO、UART、USB)、图形处理单元 (GPU)、加速器等整合到一个芯片上。CPU（Central Processing Unit，中央处理器）中央处理单元，基于该CPU运行系统软件/应用软件，配合芯片内部的其他硬件模块，实现产品的各种功能。这种定制也使得不同设备模型之间的灵活性得以实现。SoC 可以结合不同类型的处理单元，如 CPU、GPU、DSP 和专用加速器，以优化各种工作负载的性能。

芯片系统（System-on-Chip，SoC）是一种集成电路，将一个系统所需的所有组件压缩到一块硅片上。通过消除对独立和大型系统组件的需求，SoC 极大地简化了电路板设计，并在不影响系统功能的情况下，显著提高了功率效率和速度。此外，强大的处理器和图形能力的加入，使得智能手机等移动设备成为人们日常生活中不可或缺的一部分，引领了新的生活方式。混合信号集成技术的发展，进一步推动了芯片的功能多元化，使得芯片能够处理模拟和数字信号，从而拓宽了其应用范围。随着时间的推移，技术的发展逐步实现了这一愿景。