差異化に貢献するマイコンの統合をJacinto™ 7 プロセッサで実現
Mahmut Ciftci

システム・アーキテクト、Jacinto プロセッサ

Yashwant Dutt

エンジニアリング・マネージャ、Jacinto プロセッサ

Sujith Shivalingappa

エンジニアリング・マネージャ、Jacinto プロセッサこの 10 年間で自動車のアーキテクチャは大きく変化し、コン
シューマが希望するエンターテインメント、コネクティビティ、機能安全機能の一層の充実をはかってきました。
最近は自動運転が注目されているため、自動車は変革の中心的な位置づけに変化してきており、テクノロジーの進歩を具体化する最前線に位置付けられています。
その結果、システムの複雑度、半導体の使用量、コストがいずれも大幅に増大または増加しています。
現在、1 台の標準的な自動車はさまざまな機能を管理するたArea Network]、LIN [Local Interconnect Network]、イーサネット)、他のハウスキーピング (維持管理) 活動の実施、ウェーめに、数百個の電子制御ユニット (ECU) を搭載しています。
たいていの場合、これらの ECU はシンプルなマイコンを使用してクアップ機能とスタンバイ機能のサポートも担当します。
機能ウェイ・システムなど、より複雑なシステムは、車載マイコンに要件を管理することもあります。

安全の使用事例にもよりますが、車載マイコンは機能安全のいます。
ただし、先進運転支援システム (ADAS) や車載ゲート加えて、より強力なアプリケーション・プロセッサを複数必要としており、各プロセッサは特定のシステム機能を実行します。
このホワイト・ペーパーは、車載システムが採用している車載DDRマイコンの役割について説明するほか、Jacinto™ 7 プロセッサ

FlashPowereMMC/ UFSのシリコン・アーキテクチャを取り扱います。
これらのプロセッ

Display

サは、車載マイコンをアプリケーション・プロセッサに統合したCamera製品です。

車載システム内の各種車載マイコン

複雑な車載組込みシステムは、コンピューティングの役割をア

DSS

MPU

CSI

Hardwareaccelerators

SafetyConnectivity

Internal
flash

Application
processor

Vehicle MCUSPIAUTOSAR

CANADCSensors

GPIOCANCANtransceiver

図 1.複雑な車載システムを示す、一般化したブロック図。

プリケーション・プロセッサと車載マイコン「ウェークアップ(・マイコン」とも呼びます) に分割しています。
図 1 に、この種のシステムのブロック図を示します。
この中で、アプリケーション・標準的な車載マイコンは、以下の機能をサポートしています。

り、単一または複数の高水準オペレーティング・システムをホス

他のノードとの通信を実施する多様なコネクティビティ・イン

プロセッサはシングルコアまたはマルチコアのプロセッサであ• CAN、LIN、イーサネット経由で、車載ネットワーク内にあるトすると同時に、複数のディスプレイの駆動、アプリケーション・ターフェイスソフトウェアとミドルウェアの取り扱い、スループットの高い• 多様な入出力インターフェイス (例は、汎用入出力 [GPIO]、データの管理、グラフィックとカメラとビジョンに関する複雑なA/D コンバータ [ADC]、シリアル・ペリフェラル・インターフェイ処理を担当します。

ス [SPI]、I2C) の活用により、各種センサとペリフェラルの監視

一方、マイコンは ECU が実施する活動全般を担当します。
アと制御を実施

プリケーション・プロセッサの動作を監視し、その計算結果を• データとプログラムを格納するための高速メモリ (組込み /評価します。
また、マイコンは他のセンサ入力の処理、車載ネッ外部メモリ)

トワークとの通信の管理 (使用する手段は、CAN [Controller
Jacinto™ 7 プロセッサに MCU を統合することにより自動車の差別化を実現

22020 年 11 月

• 低消費電力のスタンバイ・モード

Jacinto DRA8xx と TDA4xx の各システム・オン・チップ (SoC)の応答時間は 50 ～ 100ms 以内、など)をアプリケーション・プロセッサに統合した斬新なアーキテク

は、Jacinto 7 プロセッサ・ファミリの一部であり、車載マイコン• 車載ネットワークのメッセージに応答する高速ブート (CANチャを採用しています。
このアーキテクチャは、常に増大を続け• ASIL (Automotive Safety Integrity Level、車載セーフティ・るシステム要件に対処すると同時に、システムの BOM (部品インテグリティ・レベル)-D 安全性のサポート。
必要な場合は、表) コストの最適化、ソフトウェア開発の統合、機能安全とセシステムの安全性目標を達成

キュリティに関するサポートの簡略化に貢献します。

• AUTOSAR (Automotive Open System Architecture) 対応のスタックとアプリケーション

Jacinto 7 プロセッサでマイコンを統合て、車載マイコンの要件も以下のように増大します。

は、ADAS、車載ゲートウェイ、コックピットの各システム向けのJacinto 7 車載アプリケーション・プロセッサ・プラットフォーム

システムの複雑度と機能セットが増大または増加するにつれ革新的な各種機能を搭載しています。
特に、車載マイコンの統• 複雑なソフトウェアのコンピューティング・ニーズに対応でき合という特長があります。
図 2 に、Jacinto 7 SoC のアーキテクるように、演算能力を強化チャ概要を示します。
アプリケーション・プロセッサは 2 つの独• より複雑なソフトウェアを取り扱えるように、組込みフ立したドメイン - メイン・ドメインと MCU ドメイン - に分離されラッシュのサイズが増加ています。
メイン・ドメインは、マイクロプロセッシング・ユニット

納できるように、高速メモリの必要量が増加

マルチメディア・アクセラレータ、DSP (デジタル信号プロセッ

ト・ポートます。
また、メイン・ドメインは、必要な入出力インターフェイスや GPU (グラフィックス処理ユニット) など高性能の計算コア、• (データと命令の両方に関して) 大規模なソフトウェアを格サ) などのビジョン・ハードウェア・アクセラレータを実装してい• 複数のネットワークをサポートするための複数のイーサネッのほか、ビデオ・インターフェイス (キャプチャとディスプレイな• 多数の入出力インターフェイス (CAN、LIN、ADC)ど) も搭載しています。

• サイバーセキュリティ要件の増大

マイコン・ドメインは、通常は外部の車載マイコンにオフロー

このように要件が増加または増大した結果、車載マイコンのディングしている機能を代わりに処理することになります。
メ

コストも増加し、それに伴って部品表 (BOM) コストも増加しま

イン・ドメインとマイコン・ドメインは互いに分離されており、

図 1 に示した分割アーキテクチャに対応するためのソフトウェしています。
ハードウェア・ファイアウォールを採用した結果、マイコンは、互いに異なるアーキテクチャを基礎にしているのinterference、FFI) を保証できます。

す。

それぞれが独立した電圧、電力、クロック、リセット機能を使用

これら 2 つの領域の間で「干渉からの自由」(freedom fromア開発も課題になります。
アプリケーション・プロセッサと車載で、それぞれが独自の対応 SDK (ソフトウェア開発キット) を使用します。
ソフトウェアの開発と検証を、2 種類の異なるソフトウ

Power

DDR

ェア環境で実施する必要があるので、ソフトウェアの開発と検証に関係する複雑度と労力も増大します。

MCU domain

また、分割アーキテクチャが原因で、機能安全とセキュリティ・システムの要件を満たすための能力も複雑になります。
アプリ

Cameraケーション・プロセッサおよびマイコンという両方のコンポー

DSS

CSI

MPU
Hardwareaccelerators
Connectivity

ネントの要件に対処する必要がある場合、これら両方を管理す

Freedom from interference

Main domain
Display

OPSI

Flash

AUTOSARCAN
SafetyADN

Sensors

GPIO
Security
Safety IPCCAN

CAN
transceiver
Ethernettransceiver

る作業も課題になります。
さらに、ASIL-D 安全性要件を満たす

Jacinto 7 SoC

間通信 (IPC) に関しても CPU の高い処理能力が必要になりま

図 2.Jacinto 7 SoC をベースとするシステム・アーキテクチャ

システムの場合、機能安全の要件を満たすために、プロセッサす。(特に、データの量が多い場合)

Jacinto™ 7 プロセッサに MCU を統合することにより自動車の差別化を実現

32020 年 11 月

電源Jacinto 7 SoC のマイコン・ドメインの搭載機能：• プロセッシング・コアマイコン・ドメインは、デュアル Arm®

スタンバイ時の低消費電力は、車載マイコンが実現する主なク・ステップ・モードまたは分岐モードに構成することができまて独立した電力を供給する方法で、スタンバイ時の低消費電

タンドアロンの車載マイコンに比べると、非常に高い処理性能

通常は電源オフであり、CAN 動作が発生している場合のみ

Cortex -R5F プロセッサをベースにしています。
各コアは、ロッ特長の 1 つです。
Jacinto 7 SoC は、マイコン・ドメインに対し®

す。
各 Cortex-R5F コアは最大 1GHz で動作することができ、ス力を実現します。
代表的なシナリオでは、マイコン・ドメインはを発揮します。

ウェークアップします。
受信した CAN メッセージによってテムは、包括的な一連の I/O 機能を搭載しており、以下のようモードへの再移行を実施します。

は、SoC はシステム全体の電源投入を開始するか、電源オフ・• ペリフェラルと各種 I/O インターフェイスマイコン・サブシスな車載の使用事例をサポートできます。

フラッシュ– CAN FD (CAN-Flexible Data Rate) の複数インスタンス

Jacinto 7 SoC は、内蔵フラッシュをサポートしていません。
代– イーサネット

わりに、Octal SPI (OSPI) や Hyperflash のような外部 NOR フ

ラッシュを使用して、ブート・イメージや他のイメージを格納し– GPIO、SPI、I2C、パルス幅変調 (PWM) の複数インスタンスます。
マイコン・ドメインは、ECC サポートの内部 RAM を搭載し– 複数のマルチチャネル ADCており、AUTOSAR スタックまたは他のソフトウェアを実行しま• 機能安全Jacinto 7 SoC のマイコン・ドメインは、ASIL-D ます。
さらに、追加のプログラムやデータを格納するための空間での各種システムをサポートする設計を採用しています。
以下

として、大容量の外部 DDR メモリにアクセスすることもできまの各機能ユニットはマイコン・ドメインに統合済みなので、よりす。
XIP (Execute in place、インプレース実行) は OSPI 上でサ高い安全性レートを実現できます。

ポートしており、ウェークアップ時間を短縮できます。
また、XIP– 内蔵セルフ・テスト (BIST)

内のイメージは、実行を開始する前に認証されます。

– すべてのメモリを対象にするエラー訂正コード (ECC)

ブートと早期の CAN 応答– 巡回冗長検査 (CRC)

答に対応する高速ブート時間を実現できます。
マイコン・ドメ– 複数のエラー信号モジュールマイコンを統合した Jacinto 7 プロセッサで、早期の CAN 応インは、フル SoC のブート・マスターとして動作し、50ms ～– 複数のウォッチドッグ・タイマ

100ms という要件を満たすように、CAN スタックを起動して実– デュアル・クロック・コンパレータと温度センサ行することができます。

詳細については、TI の『車載設計の機能安全に関するJacinto™ 7 プロセッサ機能の利用』ホワイト・ペーパーをご覧ください。

• セキュリティJacinto 7 アーキテクチャのマイコン・ドメインは、SoC 全体のセキュリティ・マスターです。
マイコン・ドメイン

は、デバイスの管理 / セキュリティ・コントローラを 1 個搭載しており、このコントローラは以下の機能を実現します。
– 一意の鍵を使用してセキュア・ブートを実現。

– 暗号化アクセラレータ：RSA-4K (Rivest, Shamir andAdelman-4K)。
真性乱数​生成器 / 決定論的乱数生成器。
SHA 2-512 (Secure Hash Algorithm 2-512)。
AES-256(Advanced Encryption Standard-256)。

– ハードウェア・セキュリティ・モジュール・サービス。

– メモリとペリフェラルを対象にするファイアウォール。
Jacinto™ 7 プロセッサに MCU を統合することにより自動車の差別化を実現

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Jacinto 7 のマイコン統合と従来の外部車載マイコンの比較

表 1 で、Jacinto 7 プラットフォームのマイコン・ドメインの特長と、従来の外部マイコンを比較します。
機能

プロセッシング・コア
I/O サポート機能安全セキュリティ
電力システム BOM コスト

ブート

ソフトウェア開発

フラッシュ
通信

Jacinto 7 のマイコン

外部マイコン

CAN、ADC、SPI、GPIO、PWM、イーサネット

CAN、ADC、SPI、GPIO、PWM、イーサネット

より高い性能を実現。従来の外部マイコンに比べて、複数のコアはより速い速度で動作

低性能

ASIL-D までの各種規格に対応。重要度が異なるアプリケーションを組み合わせる場合の安全性サポートを簡略化

ASIL-D までの各種規格に対応。最新の機能安全要件に対応するまでにラグが生じる可能性あり

低消費電力の要件を満たすことが可能

小さいスタンバイ電流

最新のセキュリティをサポート

最新のセキュリティ要件に対応するまでにラグが生じる可能性あり

外部マイコンの不要化を通じて、システムのBOM (部品表) コストの大幅な削減を実現。
プリ フラッシュ・サイズや機能安全の要件などによっては、コストの大幅な増加を招く可能性あり。
ント基板 (PCB) の面積を節減

CAN 応答に関する 50ms ～ 100ms というブート時間要件を満たすアプリケーション・プロセッサを通じた統合型ソフトウェア開発
外部フラッシュ (OSPI、Hyperflash)

内部 IPC を通じて、より高速、より安全な通信を実現

CAN 応答に関する 50ms ～ 100ms というブート時間要件を満たす
複数の個別 SDK

内部フラッシュ。必要なフラッシュのサイズが増加するにつれて、マイコンのコストが大幅に増加。
外部インターフェイス、SPI など。

表 1：マイコンを統合した Jacinto 7 プロセッサの特長と、従来の外部マイコンとの比較

Jacinto™ 7 プロセッサに MCU を統合することにより自動車の差別化を実現

52020 年 11 月

DRA8xx と TDA4xx の各 SoC 向け開発を含め、Jacinto 7 のソ

フトウェア開発は、アプリケーション・プロセッサ向けと車載マイコン向けの両方を統合しています。
Jacinto 7 の単一プラットフォーム SDK を使用すると、メイン・ドメインとマイコン・ドメインの両方を対象にするソフトウェア開発を実現できます。

• ADASapplication• CAR network

HLOS/RTOS

RTOS

MPU

Hardware accelerators(DSP, GPU, ISP, vision)

図 3 と 4 に、ゲートウェイと ADAS それぞれの使用事例に対します。

• システムのブートとデバイスの管理• AUTOSAR リアルタイム・オペレーティング・システム、
スタック、アプリケーション• 診断機能• Diagnostics• Safety• Security
AUTOSAR OS
Dual R5F
MCU domain

Main domain

応するサンプル・ソフトウェアのアーキテクチャを示します。
これらのサンプル内で、マイコン・ドメインは以下の機能を実行• Classic AUTOSAR
application• Deep learningalgorithm• Vision algorithm• Camera processing
pipeline

Hardware isolation

Jacinto 7 のソフトウェア・アーキテクチャ

Jacinto 7 SoC

図 4.ADAS 向けの Jacinto 7 ソフトウェア・アーキテクチャ

まとめ

車載マイコンを Jacinto 7 プラットフォームに統合した結果、従来の外部マイコンに比べて、以下のような利点を実現できます。

• 機能安全とセキュリティの各種サービス• フレキシブルで高性能なマイコン• 高水準のオペレーティング・システム• 統合型のソフトウェア開発

メイン・ドメインは以下の機能を実行します。

• システム BOM (部品表) コストの削減• アダプティブな (適応型) AUTOSAR アプリケーションや顧客開発アプリケーションなどの各種アプリケーション• ミドルウェアとコネクティビティ• 機能安全とセキュリティのサポートを簡略化

さらに、Jacinto 7 ファミリの製品全体で共通して車載マイコンを統合した結果、さまざまな最終製品にまたがるスケーラビリ• ビジョン・アルゴリズムとマルチメディア・アルゴリズム

ティを実現でき、ソフトウェアとハードウェアを再利用すること2 者の間の通信を管理します。
メイン・ドメインとJacinto 7 プロセッサの詳細については、https://www.tij.

機能安全に対応する高性能 IPC (プロセッサ間通信) は、次の• Adaptive AUTOSAR
application• Firmware update-FOTA• Connectivity• Online diagnostics• Security• Ethernet networking
stack• Ethernet-PCle• Ethernet-CAN, CAN CAN bridging

HLOS

RTOS

MPU

Hardware accelerators(PCIe/Ethernet switch,CAN-FD, R5F)

Hardware isolation

マイコン・ドメインができます。

co.jp/ja-jp/processors/automotive-processors/featuredplatform.html をご覧ください。

• Classic AUTOSAR
application• Diagnostics• Safety• SecurityAUTOSAR OS
Dual R5F
MCU domain

Main domain
Jacinto 7 SoC

図 3.標準的なゲートウェイ・システム向けの Jacinto 7 ソフト
ウェア・アーキテクチャ
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