英飞凌AURIX 家族产品解读

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本文来源：汽车电子与软件 AURIX 家族产品 AURIX 是英飞凌推出的专用于满足汽车安全性与动力总成要求的车用多核单片机，堪称安全与性能的完美统一。采用多达六颗独立 32 位 Tircore 处理内核的多核架构，广泛应用于汽车电子领域。 具有兼容性好、可扩展性强；操作简单；系统开发成本低等特点。是汽车电子行业中的标杆性能。下图为 AURIX 产品的应用领域。 图 AURIX 产品的应用领域 AURIX 多核架构采用通过 ISO26262 认证的流程开发和设计，满足当今最高汽车安全完整性等级 ASIL-D 的应用要求，大大减少符合 ASIL-D 标准的安全系统的开发工作量。 AURIX 是英飞凌的 1 个产品家族，目前该家族共推出两代产品，第 1 代(AURIX 1G)以 TC2xx 进行命名，第 2 代（AURIX 2G）以 TC3xx 进行命名。在 AURIX 家族产品发布之前，还有 AUDO 家族产品，以 TC1xxx 命名。每一代产品都包含高、中、低端产品。每一代产品的所包含的芯片系列参考下图。 图 英飞凌产品路线图 上图中所示的每个芯片型号，都有不同的 Step，如：TC275 包括从 A-Step 到 D-Step，其中每个 Step 在不同时间段有不同的产品，如：TC275 A-Step 又包含，AB-Step，AC-Step 等。 AURIX 系列包含许多的产品，具体产品的命名规则如下图所示。 图 AURIX 系列产品命名规则 AURIX 资料获取 在哪里可以获取英飞凌的资料呢？ 在“英飞凌汽车电子生态圈”中有专门针对英飞凌的资料。也可“英飞凌官网”的 “MyInifneon” 账户获取相关的用户手册等资料。 user manual 及 datasheet 等获取步骤： ① 注册“英飞凌汽车电子生态圈”账号。 https://www.infineon-autoeco.com/Member/Register?r=3139179  ② 根据以下链接，获取如何注册升级“MyInifneon”账户的文档。 http://www.infineon-autoeco.com/bbs/detail/2096  ③ 按照②中的文档升级账户后，可从“英飞凌官网”的 MyInfineon 账户中得到相关资料。资料入口如下图所示： AURIX 资源特性 AURIX 多核单片机具有丰富的硬件接口、外设资源、强大的计算能力以及全面的安全诊断功能。如下图所示为 AURIX  1G 的系统架构图。 图 AURIX  1G系统架构 多核架构 以 AURIX 1G 的多核单片机 TC275 为例，TC275 是一个 3 核单片机，有 2 个核带有 Lockstep（锁步核，也称为校验核）。 英飞凌在 TC275 的晶圆上做了 5 个内核电路，其中 2 个内核只能做 Lockstep 使用，另外 3个核运行客户的代码，每个核上可以跑一个 main 函数。 上图中，TirCore 1.6 E 是性能核，该核带有一个锁步核。TirCore 1.6 P 是效率核，TC275 共有两个效率核，其中1个效率核带有锁步核，另一个没有。性能核与效率核的主要区别在于： Lockstep 主要作用是检查主核在执行指令时，是否有异常情况。主要检查步骤为： ① 主核从程序存储区获取指令。 ② 指令在延迟 2 个时钟后，传递给 Lockstep。 ③ 主核的执行结果延迟 2 个时钟后发送到比较单元。 ④ 主核的执行结果与 Lockstep 的执行结果进行比较。 ⑤ 结果不同时，触发报警信号给 SMU（Safety Management Unit） 硬件接口 AURIX 芯片拥有 LQFP、BGA 等封装，引脚个数从 176 至 516 均有覆盖，具体封装类型，可参考下图。 单个引脚具有多个复用功能。 外设资源 AURIX 具有丰富的通信资源 QSPI：Queued Synchronous Peripheral Interface，阵列同步外围接口 ASLIN：Asynchronous/Synchronous Interface，异步/同步接口 MultiCAN+：Controller Area Network Controller，控制器局域网控制器 ETH：Ethernet MAC，以太网接口 Note：AURIX 1G 系列芯片可支持 CAN FD，部分支持 100M ETH。 AURIX 2G 系列芯片支持 CAN FD 及 1000M ETH。 AURIX 1G 信号输入输出资源 PORT：General Purpose I/O Ports and Peripheral I/O Lines，通用 I/O 端口及外围 I/O 设备总线 VADC：Versatile Analog-to-Digital Converter，多功能模数转换器 DSADC：Delta-Sigma ADC，Delta-Sigma模数转换器 GTM：Generic Timer Module，通用定时器模块 CCU6：Capture/Compare Unit 6，捕获/比较单元 6 AURIX 1G系统管理模块 STM：System Timer Module，系统定时器模块 SCU：System Control Units，系统控制单元 IR：Interrupt Router，中断路由器 MTU：Memory Test Unit，内存测试单元 与安全管理相关的模块 SMU：Safety Management Unit，安全管理单元 IOM：Input Output Monitor，输入输出监视器 HSM：Hardware Security Module，硬件安全模块 在 AURIX  1G 系列中，TC23x、TC27x、TC29x 均有提供HSM（硬件安全）模块，AURIX  2G 所有系列均有该模块，用户可通过使用 HSM 模块实现加密。 计算能力 ① AURIX 1G 多达 3 个核心处理器，2G 多达 6 个核心处理器。 ② AURIX 1G 最高可达 200MHz 的工作频率，2G 可达 300MHz。 ③ 如上述提到的，AURIX 系列每个内核都有 FPU（Floating Point Unit），提供超强的浮点运算能力。 ④ 大容量的RAM、FLASH，具体 FLASH 大小可参考下图 安全诊断 Lockstep、HSM、IOM、ECC 校验等措施，保证了程序执行的安全可靠。 AURIX 硬件设计 基本的硬件设计有电源设计、调试接口设计以及启动设计。硬件是软件运行的保障，因此，本节对英飞凌单片机的硬件设计进行简要讲解。 电源设计 AURIX 系列单片机都支持单电源供电，AURIX 1G 系列中，TC21x、TC22x、TC23x 使用单电源供电时，只可选择 3.3V 供电。TC26x、TC27x、TC29x可以使用单电源 3.3V 供电，也可以使用单 5V 供电。 AURIX 哪些引脚需要供电，供电电压是多少呢？以 AURIX 1G 系列的TC275 为例，所需的供电如下 VEXT：5V or 3.3V，外部供电 VFLEX：5V or 3.3V，Flex端口的电源，决定了 Port 11 的逻辑电平 VDDFL3：3.3V，闪存放大器电源 VDDP3：3.3V，闪存、JTAG & Port21、晶振、锁相环电源 VDD：1.3V， Digital核电源 VSS：0V，Digital 地 VDDM：5V or 3.3V，ADC 供电 VSSM：0V，VDDM 的 Analog 地 VAREF1：5V or 3.3V，ADC 参考电源 1 VAGND1：0V，VAREF1 的 Analog 地 VAREF2：5V or 3.3V，ADC 参考电源 2 VAGND2：0V，VAREF2 的 Analog 地 上述所示可以看到 VDD 需要 1.3V 供电，若采用外部供电，则至少需要两个电压，如何实现单电源供电呢？ 以 TC275 为例，TC275 内部集成了两个独立的 EVR(Embeded Voltage Regulator，嵌入式电压调节器)：EVR13及EVR33。这两个电压调节器可将外部提供的电压(5V)转换为 1.3V 及 3.3V。进而为 VDD 及 VDDP3 提供电压。如何使用EVR13 及 EVR33 呢？ TC275 有 3 个 HWCFG(Hardware Configure)引脚作为电源供电的配置引脚。通过配置 HWCFG[0:2] 引脚，从芯片内部产生 1.3V 给 VDD 供电，进而实现单电源供电。如下图中所示为 TC275 的电源配置引脚。 图 TC275电源引脚配置 上图说明如下： EVR13 可工作在 SMPS(Switch Mode Power Supply)及LDO(Linear Drop Out)模式下。具体的所在的模式由 HWCFG[0] 所决定。 EVR33 仅在外部 5V 供电时，作为 LDO 稳压器实现。 EVR13 在 SMPS 及 LDO 模式下如何产生 1.3V 电压呢？这里以配置 HWCFG[0:2]为“011”为例进行说明。如下图所示。 图 供电方式及拓扑选择 Note：HWCFG  引脚配置为0表示该引脚拉低。1 表示拉高。 当配置 HWCFG[0:2]为“011”时，外部供电 VEXT 选择 5V 时，EVR13 工作在SMPS 模式下，EVR33 工作在 LDO 模式下。EVR13及EVR33 分别为VDDP3/VDDFL3及VDD 提供电源。 该配置下，通过将 VGATE1P 及 VGATE1N 引脚分别连接到 P-ch 和 N-ch MOSFET上，来产生 1.3V 电源。拓扑图如下图所示。 图 HWCFG[0:2]为“011”时电源拓扑图 类似的，当 HWCFG[0:2] 配置为“111”时，EVR13 工作在 LDO 模式下，通过将VGATE1P 引脚连接到 P-ch MOSFET 上来产生 1.3V 电源，如下图为供电方式及拓扑选择图。 图 供电方式及拓扑选择图 下图 HWCFG[0:2]为“111”时电源拓扑图 Note：对于 AURIX 1G 系列，可参考 user manual 的 SCU(System Control Units)章节的 “PMC” 子章节查看其他供电及拓扑选择方式。 Note：对于 AURIX 2G 系列，去掉了 HWCFG[0] 引脚，可参考 user manual的 PMS(Power Management System)章节进行理解。 电源芯片，可以使用英飞凌提供的 TLE-7368 电源芯片。同时，英飞凌提供了一款符合 ASIL-D 等级的电源芯片 TLF35584。 调试设计 AURIX 单片机支持 OCDS（On-Chip Debugging System，即 JTAG 接口）和DAP 两种调试接口。以 TC275 为例，下图为 JTAG 接口图 下图为 DAP 的接口图。 笔者对 TC275调试引脚进行如下说明： 1. /TRST：选用 JTAG 模式时，/TRST 引脚需下拉，选用 DAP 模式时，/TRST 引脚需上拉。 2. TCK/DAP0：JTAG 模式下，该引脚作为时钟引脚 TCK，DAP 模式下该引脚为时钟引脚 DAP0。 3. TMS/DAP1：测试模式选择引脚，DAP(2引脚)DAP1 双向数据，DAP(3引脚)DAP1 双向。 4. TDO(P21.7)：测试数据输出引脚，DAP(2引脚)不使用，DAP(3引脚)DAP2。 5. TDI(P21.6)：测试数据输入引脚，DAP(2引脚)不使用，，DAP(3引脚)不使用。 6. /PORST：复位引脚，需上拉，复位引脚，需上拉。 启动设计 下图中解释了 HWCFG[0:2] 的配置， 那么 HWCFG[3:5] 用来配置什么呢？HWCFG[3:5] 是启动模式的配置引脚，如下图所示， ① Internal start from Flash：上电之后会跑到客户的 Application 程序，可以连接仿真器、下载器。 ② Generic Bootstrap Loader：上电之后会进入 bootlader 模式，客户可以通过 CAN 或者 ASC 协议在引脚 P14.0、P14.1 下载程序。 ③ ASC Bootstrap Loader：TC275 上电之后会进入 bootlader 模式，客户可以通过 ASC 协议在引脚 P15.2、P15.3 下载程序。 注：为方便调试代码，本系列的实例，均在“Internal start from Flash”模式下进行。 从上电到启动完成的详细流程请参考 AURIX 1G user manual 的 TC2xx BootROM Content 章节。及 AURIX 2G user manual 的 TC3xx Platform Firmware 章节。 - End -

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