[發明專利]基于RISC-V指令集架構的車用微處理器芯片架構

在審

• 申請號: 202210766299.6
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN115098164A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 侯瑩瑩;張凡武;丁晨;吳海燕
• 申請（專利權）人: 東風汽車集團股份有限公司
• 主分類號: G06F9/22
• 分類號: G06F9/22;G06F11/10;G06F13/16;G06F13/28;G06F13/40;G06N10/60
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 樊凡

本發明提供了基于RISC?V指令集架構的車用微處理器芯片架構，通過選用RISC?V指令集架構，指令集完全開源且可定制，在差異化設計的同時，實現了芯片完全自主可控的功能。本發明本架構通過RISC?V CPU的TEE技術構建安全執行環境和安全存儲，通過HSM獨立的CPU和存儲單元構筑基于硬件的安全邊界，實現了軟件安全+硬件安全雙層內存隔離訪問保護。本發明基于自主車用控制器開發實踐與功能需求，面向汽油發動機控制器、車身域控制器、動力域控制器、網關控制器等應用領域，采用總線化及功能模塊化的設計方式，便于進行功能裁剪，適用于低成本車型方案。

技術領域

本發明屬于芯片架構技術領域，具體涉及基于RISC-V指令集架構的車用微處理器芯片架構。

背景技術

現有的芯片架構較少有自主設計的類型，在全球經濟競爭態勢上升的今天，對于在控制領域具有核心地位的芯片安全提出了更高的要求；因此一款能夠實現完全自主可控的芯片架構顯得尤為重要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供基于RISC-V指令集架構的車用微處理器芯片架構，用于使芯片實現完全自主可控。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：基于RISC-V指令集架構的車用微處理器芯片架構，包括CPU模塊、總線、外設接口、PMC程序存儲控制器模塊、LMC本地存儲控制器模塊、HSM硬件安全模塊；總線包括高性能系統總線AHB和外設總線APB；高性能系統總線AHB用于連接芯片內的高速模塊，包括Master接口和Slave接口，總線上帶ECC數據；外設總線APB用于連接低速外設接口的和傳輸接口的配置信號，包括Master接口和Slave接口，總線上帶ECC數據；PMC程序存儲控制器模塊用于支持DMA功能接口、HSM加密和ECC糾錯功能，同時內建MBIST功能用于配置屏蔽失效模組；HSM硬件安全模塊用于保護通道安全、啟動安全，支持DMA、內置真/偽隨機數產生器和后量子加密引擎；芯片在不同工作模式下，采用電源島隔離方式關閉部分模塊；芯片使用3個PLL實現整個芯片的時鐘結構；芯片采用二級復位系統。

按上述方案，外設接口包括CAN、SPI、MCS、Ethernet、SENT、I2C、LIN、UART、GPIO、CTE、WDT、HSM、ADC、Osillator和CRG。

按上述方案，高性能系統總線AHB的Master接口包括CPU0、CPU1、CPU2、DMA和HSM_DMA；Slave接口包括CPU0 slave port、CPU1 slave port、PMC、LMC、AHB2APB bridge、RGMII和HSM_通信模塊。

按上述方案，外設總線APB的Master接口包括AHB2APB bridge和DMA；Slave接口包括I2C、UART、CAN、SENT、LIN、SPI、MSC、CTE、HSM、WDT、SAR-ADC、DS-ADC、CRG、Monitor。

按上述方案，對PMC程序存儲控制器模塊，將芯片的eflash分為兩個區域，用于提高系統的可靠性；PMC程序存儲控制器模塊用兩組邏輯分別對每個eflash存儲區域做獨立控制；每個區域有獨立的ECC校驗模塊，用于保證數據安全；每個區域有獨立的數據緩沖buffer，用于提高eflash的讀寫速度。

按上述方案，對HSM硬件安全模塊，CPU模塊采用RISC-V架構，用于控制HSM硬件安全模塊的配置以及參與運算；DMA用于協助處理器AHB總線和系統AHB總線之間的通信，無CPU模塊的參與，用于減少對CPU模塊的占用；支持后量子加密算法，用于提高安全性。