RISC-V-basierte CPU unterstützt die funktionale Sicherheit von Automobilen

Eine neue RISC-V-basierte 32-Bit-Allzweck-CPU, die die funktionale Sicherheit der ISO 26262 ASIL D-Ebene für Automobilanwendungen unterstützt, wurde von dem in Japan ansässigen Anbieter von geistigem Eigentum (IP) NSITEXE, einem Spinout der Denso Corporation, vorgestellt.

Der NS31A ist eine Allzweck-CPU zur Steuerung verschiedener eingebetteter Systeme, einschließlich Automobilanwendungen. Es verfügt über eine vierstufige Pipeline mit einer einzigen Ausgabe in der Reihenfolge, die die 32-Bit-RISC-V-Befehlssatzarchitektur (RV32IMAF) verwendet. Es unterstützt die für Automobilanwendungen erforderliche funktionale Sicherheit gemäß ISO 26262 ASIL D und unterstützt auch einen privilegierten Modus, wie er für die AUTOSAR-Plattform erforderlich ist.

Die CPU basiert auf dem DR1000C-Datenflussprozessor von NSITEXE, der kürzlich die ISO 26262 ASIL D ready-Zertifizierung vom SGS-TÜV erhalten hat. Der DR1000C ist ein paralleler Prozessor-IP, der sich ideal für die Entlastung der hochbelasteten arithmetischen Verarbeitung (wie modellprädiktive Steuerung, künstliche Intelligenz (KI)-Inferenz und Sensorverarbeitung) eignet, die von Automobil-Mikrocontrollern für sicherheitskritische Systeme benötigt wird. Bis zu 16 Hardware-Threads nutzen effizient einen Vektorprozessor und erreichen dadurch eine extrem hohe Leistung, so das Unternehmen. Der DR1000C eignet sich sowohl für die Fahrzeugsteuerung als auch für verschiedene Embedded-Anwendungen wie Industrieanlagen in der Fabrikautomatisierung und Radar- und andere Sensorverarbeitung.

Der DR1000C verfügt über integrierte Hardware-Sicherheitsfunktionen, einschließlich Fehlerkorrekturcode (ECC) für Speicher, Dual-Core-Lockstep-Architektur, Erkennung von Busprotokollverletzungen und eine Fehlermanagementeinheit, die Fehler zur Selbstdiagnose injiziert, Fehler an das Hostsystem meldet und verwaltet deren Status. Diese Funktionen ermöglichen es diesem Prozessor, die Sicherheitsanforderungen von ASIL D zu erfüllen, ohne dass ein externer spezieller Sicherheitsmechanismus hinzugefügt werden muss.

Für den Hauptteil der Vektorverarbeitungseinheit DR1000C stehen zwei Sicherheitsmechanismen (Hardware-Checker und Software-Test) zur Verfügung. Benutzer können diese Mechanismen entsprechend den Leistungsanforderungen der Anwendung sowie dem Ziel-ASIL auswählen. Der Hardware-Checker mit seiner Lockstep-Architektur ermöglicht die Erfüllung der ASIL D-Anforderungen zur zufälligen Hardware-Fehlererkennung. Darüber hinaus werden die ASIL-C-Anforderungen durch kommende Software-Testbibliotheken erfüllt, wodurch die Rechenleistung der Vektorverarbeitungseinheit voll ausgeschöpft werden kann.

Das ASIL D-konforme DR1000C-SDK (Software Development Kit) bietet eine sichere und genaue Thread-Steuerung sowie Speicherschutz- und temporäre Schutzfunktionen. Durch die Nutzung dieser Funktionen und der ISO 26262-konformen Werkzeugkette kann sich der Benutzer auf die Anwendungsentwicklung konzentrieren, was möglicherweise zu einer kürzeren Entwicklungszeit führt. Die im SDK enthaltene Thread-Steuerungssoftware verfügt über eine Vielzahl von Funktionen, die für ein sicherheitskritisches System erforderlich sind, wie z. B. die vorrangige Ausführung von Echtzeitaufgaben und die Überwachung der Thread-Ausführung.

Das NS31A-HSK (Hardware Safety Kit) bietet Fehlermodi-Effekte und Diagnoseanalyse (FMEDA), ein Sicherheitshandbuch, Sicherheitsfallberichte und ISO 26262-bezogene Dokumentation. Es reduziert den Zeitaufwand für die Analyse der funktionalen Sicherheit eines Automotive-Mikrocontrollers sowie für die Zertifizierung.

Embedded Workbench-Entwicklungstoolchain

Auf dem NS31A sind auf Open-Source-Software (OSS) basierende Entwicklungstools verfügbar. Für die Entwicklung der funktionalen Sicherheit wird die Embedded Workbench für RISC-V von IAR Systems, die mit einer Zertifizierung nach ISO 26262 und anderen Standards erhältlich ist, die CPU standardmäßig unterstützen. Dies ist das Ergebnis einer Partnerschaft zwischen NSITEXE und IAR Systems und steht den Kunden über EDA-Tools und den Halbleiter-IP-Distributor NeXtream Corporation zur Verfügung.

Stefan Skarin, CEO von IAR Systems, sagte:„Unsere Zusammenarbeit mit NSITEXE bringt unsere gemeinsame starke Technologie und Dienstleistungen mit erweiterten Möglichkeiten für die Entwicklung der funktionalen Sicherheit weiter in die RISC-V-Community. Das Angebot an funktionaler Sicherheit von IAR Systems bietet die breiteste Standardabdeckung in der Branche, und zusammen mit NSITEXE ermöglichen wir es Unternehmen jetzt, den Weg zum Einsatz von RISC-V in Anwendungen zu beschleunigen, in denen gewährleistete Sicherheit für den Erfolg entscheidend ist.“

Hideki Sugimoto, CTO, NSITEXE, fügte hinzu:„Unsere Entwicklungsbemühungen haben sich auf drei Säulen konzentriert – Vielseitigkeit, Effizienz und funktionale Sicherheit – mit Blick auf massive Zukunftstrends. Diese setzt der NS31A als RISC-V 32-Bit-Allzweck-CPU mit hoher funktionaler Sicherheit für Anwender um, die eingebettete Systeme einfach, sinnvoll und sicher steuern wollen. Der NS31A bietet Zuverlässigkeit nicht nur für Automobilanwendungen, sondern auch für viele eingebettete Systeme, die in Bereichen wie der Fabrikautomatisierung und der medizinischen Versorgung ein hohes Maß an Sicherheit erfordern.“

„Aufbauend auf diesem Streben nach hoher funktionaler Sicherheit sowie unserer innovativen Prozessortechnologie unterstützen wir Smart Mobility und MaaS [Mobility-as-a-Service] und tragen so dazu bei, die Welt so zu verändern, dass sie das Leben der Menschen bereichert“, sagt Sugimoto .

NSITEXE ist ein im Jahr 2017 als Spin-out der Denso Corporation gegründeter IP-Anbieter, der sich auf die Entwicklung fortschrittlicher Prozessoren spezialisiert hat. Das Unternehmen entwickelt RISC-V-basierte Prozessor-IPs, die funktionale Sicherheit unterstützen.