作者：德州儀器
實時微控制器 (MCU) 在幫助高壓汽車和能源基礎設施系統滿足電源效率、功率密度和安全設計要求方面發揮著至關重要的作用。無論是車載充電器 (OBC) 還是不間斷電源 (UPS)，這些設備都必須在惡劣環境中為時間關鍵型任務提供快速、確定性的性能。 F29H85x 系列 C2000 MCU 基于 TI 的 C29 內核，專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 性能顯著提升，是前代 TI C28 內核及市場上其他 MCU 的兩到五倍，并配備先進的集成式功能安全和信息安全元件，可幫助工程師優化系統的可靠性和完整性，同時降低設計復雜性和成本。 C29 內核的創新包括: • 重新設計的平臺： VLIW 架構與全面保護式流水線結合，支持并行執行最多八條指令。 • 新編譯器： 通過基于 LLVM/Clang 的編譯器提升性能 • 重新設計的中斷性能： 硬件支持實時中斷的快速自動背景保存和恢復。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 等實時控制 MCU 及其 C29 內核如何幫助工程師在電動汽車子系統（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、 電源效率和快速開關頻率。 增強電動汽車的實時控制能力 通過在 OBC、高壓和低壓直流/直流轉換器等電動汽車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，并簡化設計中安全功能的管理。 通常，在單個 MCU 中執行多個應用需要每個功能具有專用的內核。例如，一個內核專用于 OBC，另一個內核專用于高壓和低壓直流/直流轉換器。通過使用 F29H85x 系列 MCU，設計人員可以通過鎖步方式分配該 MCU 三個內核中的兩個來處理主機 MCU 所需的關鍵功能，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，而剩余的一個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縫執行多個控制功能，同時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 通過支持新的控制拓撲和算法（例如矩陣轉換器拓撲），進一步提高了汽車系統的性能，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 提供硬件過采樣和結果安全校驗器等功能來幫助實現準確的檢測，從而更大限度地減少常見任務所需的軟件開銷。 增強能源基礎設施的實時控制 與汽車系統所面臨的挑戰類似，能源基礎設施應用的設計人員也必須滿足對更高系統效率不斷增長的需求。支持能源基礎設施的系統，例如光伏逆變器和 UPS（圖 1），必須能夠提供越來越多的能源，同時還要抵御網絡攻擊。
圖 1 用于服務器堆棧的不間斷電源 為了實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 提高功率電子器件的開關和控制環路頻率。增加控制環路頻率可以提高電源轉換的系統電源效率和功率密度，同 時允許使用電容器和電感器等更小的無源器件，從而進一步減少占用的布板空間。 從安全角度來看，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，同時保護內存和外設，確保不影響實時性能。SSU 自動管理和切換硬件中的存儲器和外設訪問權限。SSU 與 C29 CPU 配合使用，管理每個獨立應用功能 的獨立堆棧指針和堆棧存儲器，并針對惡意軟件和其它網絡攻擊提供安全保護。 F29H85x MCU 的架構支持 A/B 閃存組，有助于實現實時固件更新 (LFU)，停機時間幾乎為零。除了編程后對內 容進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鍵安全更新的回滾。 結語 隨著人們對高效安全能源設計的需求不斷增長，F29H85x 系列 MCU 和 C29 內核將幫助推動高壓應用的未來發展。這些功能強大的 MCU 可幫助設計人員簡化設計、降低成本并增強可靠性，從而擴展當前系統。 |
