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时隔一年，终于有机会再攒一颗芯片。这一次，是热点中的汽车芯片。
记得两年前，在中国找不出几家做前装汽车芯片的公司。而两年后的今天，突然如雨后春笋般的涌现出十多家，其范围涵盖了辅助驾驶，中控，仪表盘，T-Box，网关，车身控制，电池管理，硬件加解密，激光雷达，毫米波雷达，图像传感器和图像信号处理器等，八仙过海各显神通。
全球范围内，汽车芯片一年销售额大致是400亿刀，其中数字芯片100亿刀：信息娱乐（中控）芯片约25亿刀，均价在25刀；MCU约60亿刀，30亿片，均价2刀；辅助驾驶约17亿刀。全球一年大约卖一亿辆车，每辆车平均100刀的数字芯片。其中辅助驾驶芯片处于快速增长阶段。汽车芯片的主要供应商，恩智浦，瑞萨数字部分较多，英飞凌，德州仪器模拟部分较多。汽车芯片是仅存的几个利润还不错的市场，技术门槛也并非不可逾越，更不存在绝对的生态闭环。只是量没有消费电子那么大，一年出个几百万片就不错了。在这个领域里，新造车势力方兴未艾，传统造车势力追求差异化，又赶上5G，自动驾驶与人工智能的热点，于是汽车芯片成了继虚拟现实，矿机，NB-IOT，人工智能之后新的投资方向。
上图是一个典型的汽车电子系统框架。这个系统分为几个域，车身，动力总成，底盘，信息娱乐，辅助驾驶，网关和T-Box。每个域有着各自的域控制器，通过车载以太网和Can总线互联。我们就以架构上最复杂的中控和辅助驾驶芯片为例，展开探讨其设计思路与方法。
新一代的中控芯片的架构如下图，主要由处理器，图形处理器，多媒体，图像处理，安全（Security）管理，功能安全（Safety），片上调试和总线等子系统构成。它和通常的应用处理器区别主要在于虚拟化，功能安全，实时性和车规级电气标准。
先说虚拟化。虚拟化其实是从服务器来的概念，为什么汽车也会有这个需求？两点原因：现在的中控芯片有一个趋势，集成仪表盘，降低成本。以前的仪表盘通常是用微控制器做的，图形界面也较简单。而现在的系统越来越炫，甚至需要图形处理器来参与。很自然的，这就使得中控和仪表盘合到单颗芯片内。它们跑的是不同的操作系统，虚拟化能更好的实现软件隔离。当然，有些厂商认为虚拟化还不够，需要靠物理隔离才放心，这是后话，稍后展开。另一个趋势是中控本身需要同时支持多个屏幕，每个屏幕分属于不同的虚拟机和操作系统，这样能简化软件设计，提高软件的可靠性。
虚拟化在硬件上有什么具体要求？这并没有明确定义。可以依靠处理器自带的二阶内存管理单元（s2MMU），实现软件虚拟机；也可以在内存控制器前放一个硬件防火墙，对访问内存的地址进行检查和过滤，不做地址重映射；还可以使用系统内存管理单元SMMU实现完整的硬件虚拟化，这是我们要重点介绍的。
如上图黄色框所示，每个主设备和总线之间，都加了一个MMU600。为什么每个主设备后都要加？很简单，如果不加，那必然存在安全漏洞，和软件虚拟化无异。那为何不用防火墙？防火墙的的实现方法，通常是用一个片上内存来存放过滤表项。如果做到4K字节的颗粒度，那4G字节内存就需要1百万项，每项8位，总共1MB的片上内存，这是个不小的成本。另外一个原因是，防火墙方案的物理地址空间对软件是不透明的，采用系统内存管理器SMMU600对上层软件透明，更贴近虚拟化的需求。
