教你怎么选择智能汽车域控制器芯片？.docx

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1、教你怎么选择智能汽车域控制器芯片？1 .控制类芯片介绍跑驾驶芯片是指可实现高级别自动驾驶的SoC芯片。CPU作为通用处理器,适用于处理数量适中的复杂运算。控制类芯片主要就是指艇y(Microcontro11erUnit),即微控制器,又叫单片机,是把CPU的主频藤!格做适当缩减，并将存储器、定时器、A/D转换、时钟、I/O端旦及串行通讯等多种功能模块和接且集成在单个芯片上，实现终端控制的功能，具有性能高、功耗低、可编程、灵活度高等优点。车规级MCU示意图CPUTimer资料来源:公开资料、编写单位提供汽车是MC1J的一个非常重要的应用领域，据KInSightS数据，2019年全球MCU应用于汽

2、车电子的占比约为33%。高端车型中每辆车用到的MCU数量接近100个，从行车电脑、液晶仪表，到发动机、底盘，汽车中大大小小的组件都需要MCU进行把控。早期，汽车中应用的主要是8位和16位MCU,但随着汽车电子化和皙能化不断加强，所需要的MCU数量与质量也不断提高。当前，32位MCU在汽车MCU中的占比已经达到了约60%,其中ARM公司的COrteX系列内核，因其成本低廉，功耗控制优异，是各汽车MC1J匚冏的主流选择。汽车MCU的主要参数包括工作电压、运行主频、F1aSh和RAM容量、定时器模块和通道数量、迦模块和通道数量、串行通讯接口种类和数量、输入输出I/O口数量、工作温度、封装形式及功能安

3、全等级等。按CPU位数划分，汽车MeU主要可分为8位、16位和32位。随着工艺升级，32位MCU成本不断下降，目前己经成为主流，正在逐渐替代过去由8/16位MeU主导的应用和市场。如果按应用领域划分，汽车MCU又可以分为车身域、动力域、底盘域、座舱域和智驾域。其中，对于座舱域和智驾域来说，MCU需要有较高的运算能力，并具有高速的外部通讯接口，比如高NFD和以太网,车身域同样要求有较多的外部通讯接口数量，但对MCU的算力要求相对较低，而动力域和底盘域则要求更高的工作温度和功能安全等级。2 .底盘域控制芯片底盘域是与汽车行驶相关，由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统共同构成，有五大子系统构成，

4、分别为转向、制动、换挡、油门、悬挂系统，随着汽车智能化发展，智能汽车的感知识别、决策规划、控制执行为底盘域核心系统，线控转向和线控制动是面向自动驾驶执行端的核心零部件。（1）工作要求底盘域ECU采用高性能、可升级的功能安全性平台，并支持传感器群集及多轴惯性传感器。基于这种应用场景，对底盘域MCU提出如下需求： 高主频和高算力要求，主频不低于200MHz且算力不低于300DMIPS F1ash存储空间不低于2MB,具有代码F1ash和数据FIaSh物理分区； RAM不低于512KB；高功能安全等级要求，可以达到ASI1-D等级;支持32位高精度,高同步性定时器; 支持多通道CAN-FD； 支持不

5、低于IOOM以太网； 可靠性不低于AEC-Q1OOGrade1； 支持在线升级（OTA）; 支持固件验证功能（国密算法）；（2）性能要求 内核部分：I.内核主频：即内核工作时的时钟频率，用于表示内核数字脉冲信号震荡的速度，主频不能直接代表内核的运算速度。内核的运算速度还和内核的流水线、缓存、指令集等有关系；I1算力：通常可以使用DMIPS来进行评估。DMIPS是指测量MCU综合的基准程序的测试程序时表现出来的相对性能高低的一个单位。 存储器参数：1代码存储器：用于存放代码的存储器；数据存储器：用于存放数据的存储器；II1RAM:用于存放临时数据和代码的存储器。 通信总线：包括汽车专用总线和常规

6、通信总线； 高精度外设； 工作温度；（3）产业格局由于不同车厂采用的虹电气架构会有所区别，对底盘域的零部件需求会有所不同。同一车厂的不同车型由于高低配置不同，对底盘域的ECU选择也会不一样。这些区分都会造成对底盘域的MCU需求量会有所不同。例如本田雅阁的底盘域MeU芯片使用了3颗，奥迪Q7采用了大约11颗底盘域的MCU芯片。2023年中国品牌乘用车产量约为IOOO万辆，其中单车底盘域MCU平均需求量为5颗，整个市场总量就达到了约5000万颗。整个底盘域MCU的主要供货商为英飞逡、恩智浦、璜芭、MiCroehip、I1和ST。这五家国际半导体厂商在底盘域MCU的市场占比超过了99%o(4)行业壁

7、垒关键技术角度，EPS、EPB、ESC等底盘域的零部件均与驾驶员的生命安全息息相关，因此对底盘域MCU的功能安全等级要求非常高，基本上都是ASI1-D等级的要求。这个功能安全等级的MCU国内属于空白。除了功能安全等级，底盘域零部件的应用场景对MCU的主频、算力、存储器容量、外设性能、外设精度等方面均有非常高的要求。底盘域MCU形成了非常高的行业壁垒，需要国产MCU厂商去挑战和攻破。供应链方面，由于底盘域零部件需要控制芯片具有高主频、高算力的要求，这对晶圆生产的工艺和制程方面提出了比较高的要求。目前看来至少需要55nm以上的工艺才能满足200MHZ以上的MCU主频要求。在这个方面国内的车规MCU

8、产线尚不完备，没有达到量产级别。国际半导体厂商基本上都采用了IDM模式，在晶圆代工厂方面，目前只有台积电、联华电子和格芯具备相应能力。国内芯片厂商均为Fab1ess公司，在晶圆制造和产能保证上面具有挑战和一定的风险。在自动驾驶等核心计算场景中，传统通用CPU由于计算效率低，难以适应此计算要求，GPUFPGA以及AS1C等A1芯片凭借着自身特点,在边缘端和云端有着优异表现，应用更广。从技术趋势看，短期内GPU仍将是A1芯片主导，长期来看，ASIC是终极方向。从市场趋势看，全球A1芯片需求将保持较快增长势头，云端、边缘芯片均具备较大增长潜力，预计未来5年市场增速将接近50%；国内芯片技术虽然基础较

9、弱,但随着A1应用的快速落地，A1芯片需求快速放量为本土芯片企业技术和能力成长创造机遇。自动驾驶对算力、时延和可靠性要求严苛，目前多使用GPU+FPGA的解决方案，后续随着算法的稳定以及数据驱动，ASIC有望获得市场空间。CPU芯片上需要很多空间来进行分支预测与优化，保存各种状态以降低任务切换时的延时。这也使得其更适合逻辑控制、串行运算与通用类型数据运算。以GPU与CPU进行比较为例，与CPU相比，GPU采用了数量众多的计算单元和超长的流水线，只有非常简单的控制逻辑并省去了Cacheo而CPU不仅被Cache占据了大量空间，而且还有复杂的控制逻辑和诸多优化电路，相比之下计算能力只是很小的一部分

10、。3.动力域控制芯片动力域控的超是一种智能化的动力总成管理单元。借助CANF1EXRY实现变速器管理，电池管理,监控交流发电机调节，主要用于动力总成的优化与控制，同时兼具电气智能故障诊断智能节电、总线通信等功能。动力域控制MCU可支持BMS等动力方面的主要应用，其要求如下： 高主频，主频600MHZ800MHz RAM4MB 高功能安全等级要求，可以达到ASI1-D等级； 支持多通道CAN-FD； 支持2G以太网； 可靠性不低于AEC-QIooGrade1； 支持固件验证功能(国密算法)；(2)性能要求高性能：产品集成了ARMCortexR5双核锁步CPU和4MB片内SRAM以支撑汽车应用对于

11、算力和内存日益增长的需求。ARMCorte-R5FCPU主频高达800MHz。高安全：车规可靠性标准AEC-Q1OO达到Grade1级别，IS026262功能安全等级达到AS11Do采用的双核锁步CPU,可以实现高达99%的诊断覆盖率。内置的信息安全模块集成真随机数生成器、AES、RS.ECC、SHA以及符合国密商密相关标准的硬件加速器。这些信息安全功能的集成可以满足安全启动、安全通信、安全固件更新升级等应用的需求。4.车身域控制芯片车身域主要负责车身各种功能的控制。随着整车发展，车身域控制器也越来越多，为了降低控制器成本，降低整车重量，集成化需要把所有的功能器件，从车头的部分、车中间的部分和

12、车尾部的部分如后刹车灯、后位置灯、尾门锁、甚至双撑杆统一集成到一个总的控制器里面。车身域控制器一般集成BCM、PEPS、TPMSGateway等功能，也可拓展增加座椅调节、后视镜控制、空调控制等功能，综合统一管理各执行器，合理有效地分配系统资源。车身域控制器的功能众多，如下图所示，但不限于在此列举的功能。车身域控制器功能表灯光控制雨刮控制门窗控制后视镜控制近光灯低速雨刮四门解闭锁后视镜折展远光灯高速雨刮碰撞解锁后视镜镜片调节位置灯间隔控制自动落锁后视镜加热转向灯点刮车窗升降刹车灯车窗防夹1日间行车灯一键降窗资料来源：公开资料、编写单位提供(1)工作要求汽车电子对MCU控制芯片的主要诉求为更好的

13、稳定性、可靠性、安全性、实时性等技术特性要求，以及更高的计算性能和存储容量，更低的功耗指标要求。车身域控制器从分散化的功能部署，逐渐过渡到集成所有车身电子的基础驱动、钥匙功能、车灯、车门、车窗等的大控制器，车身域控制系统设计综合了灯光、雨刮洗涤、中控门锁、车窗等控制，PEPS智能钥匙、电源管理等,以及网关CAN、可扩展CANFD和F1EXRAY、1IN网络、以太网等接口和模块等多方面的开发设计技术。在总体上讲，车身域上述各种控制功能对MCU主控芯片的工作要求主要体现在运算处理性能、功能集成度和通信接口,以及可靠性等方面。具体要求方面由于车身域不同功能应用场景的功能差异性较大，例如电动车窗、自动

14、座椅、电动尾门等车身应用还存在高效电机拴制方面的需求，这类车身应用要求MCU集成有FOC电控算法等功能。此外，车身域不同应用场景对芯片的接口配置需求也不尽相同。因此，通常需要根据具体应用场景的功能和性能要求，并在此基础上综合衡量产品性价比、供货能力与技术服务等因素进行车身域MCU选型。(2)性能要求车身域控制类MCU芯片主要参考指标如下： 性能：ARMCorte-M4F144MHz,180DMIPS,内置8KB指令CaChe缓存，支持F1ash加速单元执行程序0等待。 大容量加密存储器：高达512KByteseF1ash,支持加密存储、分区管理及数据保护，支持ECC校验，10万次擦写次数，10

15、年数据保持；144KBytesSRAM,支持硬件奇偶校验。 集成丰富的通信接口：支持多路GPIO、USARTUARTSPEQSPKI2CSDIOUSB2.0、CAN2.OB、EMACDVP等接口。 集成高性能模拟器件:支持12bit5Msps高速ADC、轨到轨独立运算放大番、高速模拟比较器、12bitIMspsDAC；支持外部输入独立参考电压源，多通道电容式触摸按键;高速容值控制器。 支持内部RC或外部晶体时钟输入、高可靠性复位。 内置可校准的RTC实时时钟,支持闰年万年历，闹钟事件，周期性唤醒。 支持高精度定时计数器。 硬件级安全特性：密码算法硬件加速引擎，支持AES、DES.TDES.SHA1224256,SMESM3SM4SM7、MD5算法;FIaSh存储加密,多用户分区管理(MMU),TRNG真随机数发生器，CRCI6/32运算；支持写保护(WRP),多种读保护(RDP)等级(10/11/12)；支持安全启动，程序加密下载,安全更新。 支持时钟失效监测，防拆监测。 具有96位UID及128位UCID0 高可靠工作环境：18V3.6V-40105。(3)产业格局车身域电子系统不论是对国外企业还是国