英飞凌卫星雷达ART架构,能去掉MCU核吗?

芝能智芯 2026-06-25 09:18
英飞凌卫星雷达ART架构,能去掉MCU核吗?图1芝能智芯出品


在面向毫米波雷达的卫星架构方面,中国有很多的探索。当然芯片公司和大学合作,也在做很多研究。


Infineon奥地利团队和约翰内斯·开普勒大学的合作论文,标题叫《ART: Autonomous Radar Transceiver Architecture for Cost-Optimized Satellite Radar Systems》,刚在GLSVLSI 2026上亮相。


论文的切入点就是回答上面的问题:能不能在收发器MMIC里不额外加MCU核,也能实现模块级的自主运行?


备注:现在还需要一个简单的MCU核,能去掉吗?


英飞凌卫星雷达ART架构,能去掉MCU核吗?图2


Part 1

毫米波雷达的卫星架构


传统毫米波雷达在每个雷达模块内部把信号算完,输出检测结果或目标列表发给中央控制器,每个雷达模块只能看到自己的那一角,角分辨率受限于单模块的天线孔径。


这种是单芯片MMIC,把雷达收发前端、微控制器、信号处理加速器(FFT/CFAR这些)、以太网接口全集成在单颗硅片上。一套雷达模块基本上一颗芯片搞定。在边缘处理场景下这是最省事的选择。


英飞凌卫星雷达ART架构,能去掉MCU核吗?图3


多个雷达的原始数据汇总到一起做联合信号处理,角度分辨率能上一个台阶。


行业在往卫星雷达架构走。每个雷达模块只负责收发微波,把原始回波数据通过高速串行接口(通常走MIPI CSI-2)原封不动地传给中央ECU,由中央ECU完成多传感器信号级融合。数据不经过本地压缩,不丢信息,角分辨率和成像质量都更好。


但这种架构下,芯片选型碰到一个尴尬局面。收发器MMIC。只有射频前端,数字信号处理全部砍掉。在卫星架构下反而是更合理的选择,因为没有浪费硅面积。


问题在于,收发器MMIC自己不会"思考",需要一个外部MCU来做配置、诊断、状态上报、序列化器控制。每个雷达模块都得额外配一颗MCU。哪怕是最便宜的ARM Cortex-M0,一个模块上也不能少。


能不能在收发器MMIC里不额外加MCU核,也能实现模块级的自主运行?毫米波雷达不是一直在发射的。FMCW雷达按帧工作,每帧50毫秒(根据ETSI EN 303 661标准),其中真正在做测量的占空比大概是20%到50%。


也就是说,每一帧里有25到40毫秒的时间,雷达芯片的定序器是闲着的。定序器里的RISC-V核(RISC-V Sequencer,简称RVS,是这支团队之前的工作),在非测量窗口里本来就在空转。


ART把这个空转窗口利用起来,让同一个RISC-V核在两种模式之间切换:


 定序模式:周期精确地控制FMCW斜坡发射和接收,生成纳秒级精度的时序信号给发射机、接收机、功率放大器、监测单元。这段模式里不做任何通信类任务,不被中断,确保雷达测量的确定性。


 控制模式:在非测量窗口里执行本来由外部MCU承担的任务:接收中央ECU发来的配置指令、切换城市/高速等预设场景、配置和监测序列化器、跟片上管家CPU交互(请求校准、读取温度状态、写寄存器)、准备下一帧的斜坡参数。


在SystemC虚拟原型上做了周期精确测量:进入定序模式19个时钟周期,退出14个。按200MHz的定序器频率,总开销165纳秒。一个25毫秒的控制窗口,模式切换吃掉不到十万分之一的时间。


是结构性的时间隔离,控制任务在时间上被物理隔断,定序期间绝对没有任何通信数据包在总线上乱窜。


传统架构里,外部MCU和雷达芯片之间的SPI通信可能在测量过程中和雷达数据流产生干扰,集成商要花大量精力做时序收敛。ART从架构层面把这个问题消解掉了。


Part 2

硬件上加了什么,减了什么


英飞凌卫星雷达ART架构,能去掉MCU核吗?图4


ART不是凭空多出的设计,从一颗量产车载雷达收发器MMIC的虚拟原型上改出来的。需要四个硬件扩展:


 RVS集成:把RISC-V定序器作为芯片内部定序器使用,产生周期精确的前端控制信号。这条路径不需要改动,RVS在定序模式下的确定性行为和之前完全一致。


 管家CPU接口:ART MMIC内部的管家CPU负责芯片初始化、校准和模拟/混合信号模块配置。RVS通过内部总线或专用邮箱和管家CPU交换配置和状态信息。


 NVM存储接入:把定序程序和控制固件都存进非易失性存储器,片上或片外都可以。


 外设控制接口:SPI、I2C、GPIO全接在RVS上,用来配置和监管序列化器等外围器件,也接管之前由外部MCU负责的ECU与雷达模块之间的通信。


硅面积开销集中在连接和存储上,不是一颗新处理器。论文的表述很清楚:省掉的外部MCU和它所有配套电路(电源轨、去耦电容、PCB走线),远大于ART新增的RVS中心互联和存储接口。


传统卫星雷达模块的集成,对车企或Tier 1来说要同时维护两条独立软件线:外部MCU的固件(Cortex-M0上跑),和定序器的程序(通常是领域专用指令集写的)


两套固件镜像、两套构建管线、两套测试流程、两套OTA更新路径,还有一个必须精确同步的MCU-定序器握手协议。系统集成商只给RVS写一份固件。


控制代码和定序函数在同一个RISC-V核上编译运行,从控制模式切到定序模式只需要一次函数调用。不需要中断、不需要trap、不需要跨核同步原语。


论文把这个称为"unified programming model",编程模型统一了。少了跨组件的时序依赖和模块内部软件接口,回归测试的范围收窄了。


ART不能包打天下,论文没有回避限制条件。RVS在定序模式下不能跑任何控制任务。如果雷达工作在高占空比、接近连续波发射的极端场景,非测量窗口被压到几乎没有,那时间多路复用就不够用。


这种情况下,外部MCU或者专用的片上控制核还是需要的。卫星雷达本身的设计逻辑就是让模块侧计算尽量小、把重活都丢给中央ECU。


在这个前提之下,25到40毫秒的窗口里塞下配置管理、状态轮询、标定请求这些低性能控制任务,绰绰有余。


小结


减掉一个主动器件,就减掉了它的电源轨、去耦电容、走线面积、固件更新基础设施、以及集成验证中的跨芯片时序同步开销。

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