汽車技術的大趨勢(即電動車、自動駕駛及連線)正在動態發展並彼此互動，而網路安全逐漸成為更重要的主題，自動駕駛的解決方案也必須考量其他趨勢。因此，半導體業者研發專為雷達應用的微控制器，提供高運算能力以及駕駛輔助系統與自動駕駛功能的擴充能力，同時實現小尺寸、高能源效率且安全的雷達解決方案，並內建安全機制進一步強化汽車網路的保護。
雷達感測器是發展自動化/自動駕駛的重要元件，現代雷達系統具備高可用性、容錯能力以及在各種光線與氣候環境中的耐用性，可促進強大駕駛輔助系統的實現；但是，新一代雷達系統的要求越來越多，像是汽車製造商要求降低成本、高可擴充性、符合安全要求(NCAP、SAE第2級及更高等級)，並且不會因干擾而造成擾動。
因此，為滿足更高解析度的雷達系統，並具有更快的回應時間、高抗擾性、更好的物體擷取與分類、支援功能安全性、安全的汽車網路通訊，以及低功耗，半導體業者紛紛致力開發新一代的雷達微控制器，例如英飛凌旗下的AURIX雷達微控制器，其結合雷達收發器與安全電源供應器，構成適用於77/79/24GHz應用的可擴充雷達晶片組的基礎(圖1)，此晶片組可擴充為相同射頻(RF)與訊號處理平台的多種雷達版本(圖2)。
SPU扮雷達創新應用新要角
雷達應用的關鍵創新是全新硬體加速器(訊號處理單元SPU)。例如英飛凌新一代微控制器便整合SPU，其所整合的SPU具有特殊的RIF介面(基於LVDS IEEE 1596-3標準的雷達介面)，最多可使用四支接收天線。雖然微控制器的安全機制最高支援符合ISO 26262標準的ASIL-D，但與微控制器後端鏈接的SPU-IP最高可為雷達解決方案提供ASIL-C ISO 26262的功能安全性。
SPU的概念基礎(圖3)，是兩個不同資料路徑上的主記憶體與加速器之間的運算元再循環；運算元會從雷達記憶體擷取出來，經過處理之後再寫回記憶體。
與此同時，SPU具有高度可設定性，其整合可同時運算的各種執行單元(例如開視窗、FFT、CFAR等)；可設定的輸出DMA單元能夠讓不同的結果儲存於不同的記憶體區域，因此TriCore CPU可以存取這些結果並進一步處理。
另外，SPU的時脈為300MHz，可非常快速地處理AD轉換器取樣與FFT BIN，僅需1時脈週期/BIN(或是如果已啟用CFAR，則需2時脈週期/BIN)。因此，可達到14 GOperations/s的綜合效能。與配備quad-MAC的高速極長指令字(VLIW)DSP進行基準比較，獲得提升7至14倍效能/時脈週期的結果。
除了具有高效能之外，SPU還提供多個創新機制以最佳化高成本RAM的使用。這些機制包括以16位元浮點格式(而非32位元定點)儲存運算元結果；可在儲存之前移除BIN的BIN拒絕單元；FFT的自動「填充」，僅儲存相關BIN；以及就地FFT，結果將儲存於原始FFT。
雷達記憶體將區分為獨立的區域(磚)，這些項目可進行設定，因此在存取記憶體時，CPU(或系統DMA)與SPU之間不會產生干擾。
SPU降低雷達回應時間提升安全性
另一方面，使用雷達提供安全關鍵任務(例如緊急剎車)時，需要快速的回應時間。考量到車輛以時速100公里行駛時，每秒移動27公尺，這表示以40ms取樣率時，取樣當下車輛已向前移動1.1公尺。為了減少決策前所需資料擷取期間次數以及一個擷取期間的運算時間，SPU可鎖步運作並在更短時間內產生安全結果。
又或是使用兩個SPU，可同時運作以加快處理速度。由於採用以硬體實作的CFAR與濾波器，SPU可即時執行FFT(第1級)以及明顯更快的第2級FFT，速度為2時脈週期/BIN(最多節省10ms並提供寶貴的幾公分剎車距離)。
除此之外，在過去資料因干擾而流失的事實，有時候仍然是可接受的。但是在自動駕駛的情況之下，雷達系統避免干擾是非常重要的；也因此，這是在訊號傳輸期間已建立相位調變的地方，而SPU內建硬體支援解調已相位編碼的訊號。
總結來說，未來世代的雷達感測器需要更精確的物體擷取，特別是行人、自行車騎士等。SPU也是針對此目的而設計，由於其高處理能力與32位元精度(定點)及其CFAR單元(恆定錯誤警報拒絕)，可允許更複雜的臨界值。
因此，像是英飛凌新款雷達微控制器便基於與 AURIX版本相同的安全概念，具備鎖步並支援最高ASIL-C的應用；且雷達SPU以14 GOperations/s的效能支援未來的解析度需求，並提供特殊功能單元以加速MIMO雷達的運算，以及提供4MB嵌入式RAM以儲存複雜的FFT及其他結果。
晶片商力推新一代雷達解決方案
綜上所述，雷達SPU具有高度可設定性，但無法程式化。這意味著使用者不必學習新的程式語言與程式庫，可在幾分鐘內開始設計。程式碼產生對於開發程序與生產力而言極為重要。因此，雷達SPU支援使用MatLab自動產生程式碼，與整個系列產品的雷達訊號處理具有二進位相容性，也有助於高效率的設計。
SPU具有標準化軟體架構，能以SPU模型進行無縫開發，甚至在實際目標系統上進行軟體除錯。可設定與不可程式化IP的另一項優勢是不需要特殊的編譯器。像是Tasking公司也提供LAPACK介面(包括BLAS)的實作，做為英飛凌旗下TC3xx雷達系列的程式庫，此二進位程式庫為最佳化形式並經過測試，可搭配使用Tasking TriCore編譯器及其他架構。
此外，為促進快速且簡單的設計實作，亦可使用以下工具：以MatLab為基礎的SPU評估工具(圖4)，除了英飛凌的雷達晶片組評估板之外，還有用於AURIX TC3xx雷達系列產品的評估板，內含LVDS連接器與MatLab支援。
總而言之，為解決駕駛輔助系統及自動駕駛功能的任務，半導體業者致力推出新一代高效能雷達解決方案，例如英飛凌所發布的新款AURIX雷達微控制器，其可涵蓋SAE第4級自動駕駛等廣泛的應用；且功能包括軟體無線更新(SOTA)，可讓系統在使用環境中直接重新組態。這需要正確驗證感測器，並確保感測器與控制單元之間的資料安全交換。此處通常會使用依據AES的加密方法，此外，由於採用HASH或基於ECC的MAC的非對稱金鑰，HSM可提供進階安全性，以滿足網路安全方面的更高要求。
另外，該款微控制器還具備LVDS介面，可在每次的主動擷取作業之間進入低功耗模式。其次，它可使用具有硬體回應的3D-DMA，以低功耗讀取與使用來自記憶體的所有運算元。
最後是SPU，它具有平行執行單元以減少記憶體存取次數。如此一來便能夠在單一計算步驟之中執行多個運算，並且大幅減少對雷達記憶體的存取次數。總而言之，上述產品提供高效能SPU以帶來更高解析度、快速回應時間、高抗擾性、更好的物體擷取，以及低功耗，以促進快速與簡單的設計實作。
