【導讀】實(shí)時(shí)微控制器 (MCU) 在幫助高壓汽車(chē)和能源基礎設施系統滿(mǎn)足電源效率、功率密度和安全設計要求方面發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。無(wú)論是車(chē)載充電器 (OBC) 還是不間斷電源 (UPS)，這些設備都必須在惡劣環(huán)境中為時(shí)間關(guān)鍵型任務(wù)提供快速、確定性的性能。
實(shí)時(shí)微控制器 (MCU) 在幫助高壓汽車(chē)和能源基礎設施系統滿(mǎn)足電源效率、功率密度和安全設計要求方面發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。無(wú)論是車(chē)載充電器 (OBC) 還是不間斷電源 (UPS)，這些設備都必須在惡劣環(huán)境中為時(shí)間關(guān)鍵型任務(wù)提供快速、確定性的性能。
F29H85x 系列 C2000TM MCU 基于 TI 的 C29 內核，專(zhuān)為應對高壓系統中嚴苛的處理和安全設計挑戰而設計。這 些 MCU 性能顯著(zhù)提升，是前代 TI C28 內核及市場(chǎng)上其他 MCU 的兩到五倍，并配備先進(jìn)的集成式功能安全和信息安全元件，可幫助工程師優(yōu)化系統的可靠性和完整性，同時(shí)降低設計復雜性和成本。
C29 內核的創(chuàng )新包括:
重新設計的平臺：
VLIW 架構與全面保護式流水線(xiàn)結合，支持并行執行最多八條指令。
新編譯器：
通過(guò)基于 LLVM/Clang 的編譯器提升性能
重新設計的中斷性能：
硬件支持實(shí)時(shí)中斷的快速自動(dòng)背景保存和恢復。新的中斷控制器
增強的平臺性能：
采用低延遲存儲器和外設互連設計，具有內置功能安全和信息安全機制
本文探討了 F29H859TU-Q1 和 F29H850TU 等實(shí)時(shí)控制 MCU 及其 C29 內核如何幫助工程師在電動(dòng)汽車(chē)子系統（如 OBC 以及高壓和低壓直流/直流轉換器）和能源基礎設施（如光伏逆變器和 UPS）中提供更高的處理能力、 電源效率和快速開(kāi)關(guān)頻率。
增強電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)時(shí)控制能力
通過(guò)在 OBC、高壓和低壓直流/直流轉換器等電動(dòng)汽車(chē)子系統以及主機集成系統中使用集成度更高的設計方法，設計人員可以提高電源效率，降低系統成本和減輕重量，并簡(jiǎn)化設計中安全功能的管理。
通常，在單個(gè) MCU 中執行多個(gè)應用需要每個(gè)功能具有專(zhuān)用的內核。例如，一個(gè)內核專(zhuān)用于 OBC，另一個(gè)內核專(zhuān)用于高壓和低壓直流/直流轉換器。通過(guò)使用 F29H85x 系列 MCU，設計人員可以通過(guò)鎖步方式分配該 MCU 三個(gè)內核中的兩個(gè)來(lái)處理主機 MCU 所需的關(guān)鍵功能，例如 AUTOSAR 和 ASIL-D 完整性等級下的重要功能安全和信息安全任務(wù)，而剩余的一個(gè)內核則負責處理系統的控制功能。
C29 內核與功能安全和信息安全單元 (SSU) 集成，可以在同一內核中無(wú)縫執行多個(gè)控制功能，同時(shí)防止這些功能相互干擾。這樣可以保持功能之間的完全隔離并且不受干擾。
F29H85x 系列 MCU 通過(guò)支持新的控制拓撲和算法（例如矩陣轉換器拓撲），進(jìn)一步提高了汽車(chē)系統的性能，這些都得益于增強的 EPWM 功能。這些功能包括一個(gè)復雜的比較方案，該方案還集成了安全檢查機制，例如保證最小死區和非法組合邏輯。此外，這些 MCU 中的集成 ADC 提供硬件過(guò)采樣和結果安全校驗器等功能來(lái)幫助實(shí)現準確的檢測，從而更大限度地減少常見(jiàn)任務(wù)所需的軟件開(kāi)銷(xiāo)。
增強能源基礎設施的實(shí)時(shí)控制
與汽車(chē)系統所面臨的挑戰類(lèi)似，能源基礎設施應用的設計人員也必須滿(mǎn)足對更高系統效率不斷增長(cháng)的需求。支持能源基礎設施的系統，例如光伏逆變器和 UPS（圖 1），必須能夠提供越來(lái)越多的能源，同時(shí)還要抵御網(wǎng)絡(luò )攻擊。
圖 1 用于服務(wù)器堆棧的不間斷電源
為了實(shí)現更高的電源效率和功率密度，設計人員可以利用寬帶隙半導體（SiC 和 GaN）和 F29H85x 系列 MCU 來(lái) 提高功率電子器件的開(kāi)關(guān)和控制環(huán)路頻率。增加控制環(huán)路頻率可以提高電源轉換的系統電源效率和功率密度，同 時(shí)允許使用電容器和電感器等更小的無(wú)源器件，從而進(jìn)一步減少占用的布板空間。
從安全角度來(lái)看，將硬件安全模塊 (HSM) 和 SSU 與 C29 內核集成在一起有助于保護能源基礎設施免受潛在惡意軟件的影響。SSU 有助于防止惡意軟件中斷 MCU 內運行中的功能，同時(shí)保護內存和外設，確保不影響實(shí)時(shí)性能。SSU 自動(dòng)管理和切換硬件中的存儲器和外設訪(fǎng)問(wèn)權限。SSU 與 C29 CPU 配合使用，管理每個(gè)獨立應用功能 的獨立堆棧指針和堆棧存儲器，并針對惡意軟件和其它網(wǎng)絡(luò )攻擊提供安全保護。
F29H85x MCU 的架構支持 A/B 閃存組，有助于實(shí)現實(shí)時(shí)固件更新 (LFU)，停機時(shí)間幾乎為零。除了編程后對內 容進(jìn)行基本的閃存控制器驗證之外，HSM 還負責驗證更新的整體完整性。該架構還支持將軟件更新回滾到之前版本，并且可以永久阻止關(guān)鍵安全更新的回滾。
結語(yǔ)
隨著(zhù)人們對高效安全能源設計的需求不斷增長(cháng)，F29H85x 系列 MCU 和 C29 內核將幫助推動(dòng)高壓應用的未來(lái)發(fā)展。這些功能強大的 MCU 可幫助設計人員簡(jiǎn)化設計、降低成本并增強可靠性，從而擴展當前系統。
（來(lái)源：德州儀器）
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