RISC-V在汽车上的潜力

电子发烧友网报道（文/周凯扬）对于汽车电子产品来说，开发周期长车规认证麻烦已经是业界共识了，这意味着RISC-V也不例外，哪怕这个ISA正在以迅雷不及掩耳之势渗透进各个行业中。

基于RISC-V的车规芯片必须经过AEC-Q100的可靠性认证，如果是汽车网关之类的芯片还得过ISO/SAE 21434的网络安全认证。RISC-V IP本身也必须通过ISO 26262的功能安全认证，软件上要想直接完成平台兼容也必须符合AUTOSAR的规范。

在ISO26262规范中，控制网关、座舱和一些简单传感器的芯片IP往往需要过ASIL-B的认证，而实现ADAS、电池管理和与动力控制等复杂功能的芯片IP则需要更高的ASIL-D认证。与此同时，随着汽车架构从Domain架构慢慢转向计算集中的Zone架构迁移，汽车芯片的算力也在提升，因此RISC-V IP核在性能上也不能马虎。

以上要求可以看出，车规芯片的设计有多么烦琐，打造一款RISC-V车规芯片的第一步，就是选择或设计一款功能安全合规的RISC-V IP。好在RISC-V上车的进程已经提速，不少厂商都已经准备或布局了ISO 26262的处理器IP，帮助IC设计公司解决随机硬件失效、系统失效等安全问题。

晶心科技晶心科技的N25F-SE就是这样一款汽车功能安全IP核心，预计今年上半年完成ISO 26262 ASIL-B认证。该IP基于晶心自己的AndeStar V5指令集架构（兼容RISC-V），并采用了32位、5级流水线的设计，集成了单浮点精度/双浮点精度的FPU，指令缓存和数据缓存最高32KB，指令和数据本地内存最高可达16MB。

N25F-SE可以看做是N25F的功能安全加强版，引入了不少安全机制。比如利用基于SECDED的ECC内存保护机制来杜绝数据损坏，在软件上强制实施特权与访问规则来保护物理内存，以及自动检测栈溢出的StackSafe机制等等。

N25F-SE原理图 / 晶心科技

晶心科技也为其N25F-SE IP在车规上的诸多应用场景做了构想，比如舱内毫米波雷达系统。N25F-SE既控制雷达子系统，又作为主机控制器，用于舱内存在监控系统，通过检测人体的头部运动和身体语言来判断驾驶员的疲劳状态。此外，N25F-SE也可用于中控的触控与显示驱动芯片（TDDI）或是汽车MCU等。

芯来科技芯来除了有着N、NX和UX这一系列完整的商业级IP产品线以外，也在ASIL-B和ASIL-D车规功能安全上做了一些安全机制的实现，比如利用软件自测试检测硬件故障，在ILM、DLC、I-Cache和系统总线上实现ECC纠错和奇偶校验保护，以及延迟双核锁步的冗余设计等等。

N900发动机ECU主控（ASIL-D等级）设计方案 / 芯来科技

芯来计划在今年Q3到Q4左右完成NA900（32位）的ASIL-D认证，并在今年启动NA900（32位/64位）和NA300（32位）的ASIL-B认证流程，明年启动NA300（32位）的ASIL-D认证流程。其中300系列为3流水线单发射，900系列为9级流水线双发射的，通过认证后，NA900可以说是目前的车规RISC-V IP中性能最高的了。

NSITEXE日本也有一个专注于设计与开发RISC-V IP的公司，那就是日本电装的全资子公司NSITEXE。要说RISC-V车规产品商用化最快的厂商，还得是他们，NSITEXE的RISC-V协处理器IP DR1000C早就在去年授权给了瑞萨，并用于瑞萨的汽车MCU RH850/U2B。

DR1000C在该MCU内主要作为矢量扩展，卸载一些计算处理任务来减轻负担，比如AI推理、传感器数据处理等等，其本身已经通过了ISO 26262的ASIL-D认证。不过NSITEXE倒也不想局限于DR系列的数据流处理器，毕竟这类处理器主要还是在汽车MCU中作为辅助计算单元，于是也开始推出RISC-V的车规CPU IP方案，比如NS31A。

NS31A原理图 / NSITEXE

NS31A是一款通用RISC-V CPU，基于32位RV32IMAF的架构，采用了单发射、4级流水线的设计，可选单浮点精度的FPU。NS31A的指令集缓存大小最高32KB，指令本地内存最高512KB，数据本地内存最高512KB。在功能安全上，NS31A同样集成了存储ECC纠错、双核锁步架构等机制，而且还支持AUTOSAR平台所需的特权模式。

设计与验证对于这些RISC-V IP设计公司来说，即便其工程师有着资深的汽车市场开发经验，在走向车规认证的道路上，也有不少需要克服的坎，这也就是为何他们不少都选择了与工具厂商合作，尤其是帮助他们完成开发和验证工作的EDA厂商，比如新思、Imperas、IAR Systems等等，毕竟这些厂商早在其他ISA的车规认证上就已经积累了不少功能安全验证经验和故障模型集，而且这些工具本身也有通过功能安全认证。

由此看来，RISC-V也算是享受到了这些红利，能以最快的速度切入汽车这类关键任务的应用。除此之外还有航天航空的DO-254/172、工业的IEC 61511/61513、医疗的IEC 62304、机器人的IEC 62061、ISO13849等等标准。这也是RISC-V作为后起之秀的优势所在，前人走过的老路可以再走一遍，而前人犯过的错却可以规避。

比如过去的设计思路是等到起量后再为已有的核心添加安全机制，然后走功能安全认证，但现在的IP核从设计之初就可以考虑功能安全，是和PPA一样关键的参数。在购买这些通过认证的IP后，除了RTL，IP厂商也会给到一个功能安全包，其中涵盖了安全手册、安全分析报告等文档，辅助使用者在功能安全性上的开发设计。

写在最后综上所述，国内公司在设计汽车芯片时不妨考虑下RISC-V，毕竟目前RISC-V IP的车规已经纷纷提上日程，接下来就看车规芯片厂商的动作了。固然车规芯片的替代是一个艰巨的任务，且不用说ISA架构，就连替代国外厂商都是一个耗时耗力的过程。但就国内市场而言，目前自己设计RISC-V IP没有ARM那样高额的授权费用，商用IP已经提供了足够的优势，也没有潜在的IP产权风险，或许是时候将目光看向RISC-V了。至于RISC-V IP厂商们也还有更大的发展空间，比如车机系统的适配、更高的图形性能、做好虚拟化和软件隔离等等，真正释放RISC-V在汽车上的潜力。

审核编辑：彭静