汽車MCU性能不斷優(yōu)化 內(nèi)核暗戰(zhàn)升級
MCU可謂汽車電子化進(jìn)程中“當(dāng)仁不讓”的主角。目前一部中端汽車采用的MCU數(shù)量大約是40-50片，而高端車型可達(dá)到80-100片。據(jù)IC-Insights預(yù)計(jì)，2008年全球車用MCU市場將達(dá)到66.2億美元，年復(fù)合平均成長率為13%。
8位、16位和32位MCU各成其就
從目前的狀況來看，在汽車市場上，8位、16位和32位MCU都有一定的市場份額，因?yàn)獒槍Σ煌膽?yīng)用需要與之相應(yīng)的不同性能的產(chǎn)品。英飛凌科技中國有限公司汽車工業(yè)及多元化電子市場事業(yè)部汽車電子安全管理高級市場工程師沈順偉表示，對很多車身應(yīng)用來說，8位MCU已經(jīng)足夠，但對發(fā)動(dòng)機(jī)管理可能需要32位MCU才能滿足需求。從銷量來看，16位MCU在市場上的銷量最大。他還舉例道，在歐洲，英飛凌所銷售的車用MCU中有一半左右是16位MCU，其原因是在目前的市場中16位MCU應(yīng)用最廣。如在安全系統(tǒng)的絕大部分，車身應(yīng)用中的一部分以及低端的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)主要都還是采用16位MCU。
而中國汽車市場有著其特殊性。沈順偉表示，由于在中國汽車市場中低端車占了相當(dāng)大的市場份額，所以針對這些車的低端應(yīng)用也是一個(gè)相當(dāng)巨大的市場，
考慮到成本壓力，在這個(gè)市場中主要以8位MCU應(yīng)用為主。
目前，市場對汽車MCU的要求主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是性能上的提高；二是質(zhì)量上的提高；三是價(jià)格將不斷走低。半導(dǎo)體廠商正不斷加大研發(fā)和市場開發(fā)力度，開發(fā)出適應(yīng)市場需求的產(chǎn)品，并優(yōu)化對大規(guī)模生產(chǎn)的管理，以達(dá)到品質(zhì)的同一化和成本的不斷降低。針對不同應(yīng)用，英飛凌都提供了汽車級的MCU，比如8位的XC800系列、16位的XC164系列和XC2000系列以及32位基于TriCore技術(shù)的MCU，以穩(wěn)定的質(zhì)量和優(yōu)異的性能被廣泛采用。飛思卡爾汽車MCU解決方案包括：基于8位908MCU的CAN/LIN總線車門控制方案、車燈控制方案；以9S12C32 16位MCU控制方向盤、車燈開關(guān)和儀表等。飛思卡爾中國區(qū)汽車電子業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理康曉敦介紹，飛思卡爾的S12X系列16位MCU具有接近32位MCU的性能，近乎于8位MCU的價(jià)格，從動(dòng)力總成控制到車身控制中均可使用。另外，飛思卡爾也將會(huì)在低價(jià)格32位MCU單片(SoC)系統(tǒng)方面不斷開發(fā)新的產(chǎn)品。
MCU性能在不斷優(yōu)化
“隨著快速增長的汽車電子控制技術(shù)特別是汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展；日益嚴(yán)格的安全(如乘員位置檢測和TPMS)、尾氣排放和燃料消耗要求促使汽車生產(chǎn)商開發(fā)更多混合燃料汽車；新一代汽車使用者希望在汽車中實(shí)現(xiàn)無縫移動(dòng)，擁有個(gè)性化信息娛樂空間。所有這些需求都需要更加先進(jìn)的MCU的支持�！笨禃远貙Α吨袊娮訄�(bào)》記者表示。
因而，汽車MCU發(fā)展也應(yīng)時(shí)而變。沈順偉表示，從MCU本身來說，主要是運(yùn)算能力的提高，今后MCU接收的信息會(huì)越來越多，需要實(shí)現(xiàn)的控制算法也越來越復(fù)雜，所需的運(yùn)算量會(huì)越來越大，要求的時(shí)間也越來越短，所以對MCU至少要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的優(yōu)化：首先就是MCU主頻的提高，如在汽車安全領(lǐng)域，MCU的主頻將由現(xiàn)在主流的20MHz或40MHz提高到66MHz或80MHz。其次由于MCU需要處理的信息越來越多，所以需要更大的存儲(chǔ)空間(主要是Flash)來存儲(chǔ)程序和輸入輸出的數(shù)據(jù)。以16位MCU為例，目前主流MCU所具有的256KB Flash將不再能滿足需求，以后的16位MCU將具有1MB-1.5MB乃至更大容量的Flash，而且要求Flash的讀寫速度更加快速。另外，隨著汽車上各種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化趨勢的不斷發(fā)展，各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換將更加頻繁，這需要MCU具有更加多的引腳數(shù)和總線接口。他舉例道，以16位MCU為例，目前通行的100pin將擴(kuò)展為208pin，LIN總線接口因?yàn)閭鬏數(shù)臄?shù)據(jù)量不大而不會(huì)有太多的變化，但CAN總線接口的數(shù)目將由現(xiàn)在的一個(gè)增加為幾個(gè)，還需要MCU為以后的FlexRay總線做好準(zhǔn)備。還有就是對MCU小型化和低功耗的要求，這需要采用更高的半導(dǎo)體制造技術(shù)和更合理的設(shè)計(jì)。
此外，雙MCU技術(shù)開始“浮出水面”。沈順偉指出，從系統(tǒng)的角度來說，未來在汽車應(yīng)用中對系統(tǒng)安全性的要求會(huì)越來越高，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)管理、安全等直接關(guān)系到乘員生命安全的系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中往往會(huì)使用雙MCU技術(shù)。即系統(tǒng)采用一個(gè)主MCU和一個(gè)從MCU，從MCU的主要功能是對主MCU中進(jìn)行的重要運(yùn)算進(jìn)行驗(yàn)證并且在主MCU不能正常工作時(shí)臨時(shí)替代它的職能，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
32位MCU內(nèi)核暗戰(zhàn)升級
自去年宣布合作設(shè)計(jì)活動(dòng)以來，飛思卡爾和ST不斷加快產(chǎn)品開發(fā)速度，目前已設(shè)計(jì)并制造出了采用90nm嵌入式閃存技術(shù)的測試芯片。飛思卡爾和ST計(jì)劃利用雙方統(tǒng)一的90nm制造工藝生產(chǎn)合作設(shè)計(jì)Power Architecture微控制器產(chǎn)品。雙方宣稱2008年第一季度主要客戶將能獲得雙方合作開發(fā)的樣片。
據(jù)悉，最近推出的通用MCU架構(gòu)平臺設(shè)計(jì)是雙方合作的最重要的開發(fā)成果之一。這個(gè)設(shè)計(jì)平臺允許同時(shí)開發(fā)多款不同的產(chǎn)品，每款產(chǎn)品都有一套針對某一特殊的目標(biāo)應(yīng)用優(yōu)化的外設(shè)。而這種方法可大幅降低產(chǎn)品上市時(shí)間，有助于加快兩家公司實(shí)現(xiàn)把Power Architecture技術(shù)變成主要的汽車微控制器內(nèi)核的目標(biāo)�！癙ower Architecture技術(shù)是汽車行業(yè)中使用的領(lǐng)先的32位MCU體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是傳動(dòng)系統(tǒng)控制的主導(dǎo)體系結(jié)構(gòu)。e200核心系列已在飛思卡爾的各種汽車MCU產(chǎn)品中進(jìn)行了徹底的實(shí)地測試。飛思卡爾已經(jīng)售出超過百萬顆基于e200核心的MPC5500系列MCU，并且在質(zhì)量上達(dá)到零缺陷�！笨禃远貙owerArchitecture發(fā)展前景充滿信心。
競爭對手在加快出招，其他廠商當(dāng)然不會(huì)坐視不管。沈順偉表示，英飛凌一直在研發(fā)自己的基于90nm技術(shù)的產(chǎn)品，并將在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候推向市場。這將是一個(gè)和TriCore不同架構(gòu)的產(chǎn)品，其性能也肯定不會(huì)讓用戶失望。對于TriCore系列英飛凌也在進(jìn)行進(jìn)一步的拓展，并將在不久推出新的產(chǎn)品。
雖然目前進(jìn)入汽車領(lǐng)域的MCU制造廠家越來越多，但關(guān)鍵的控制領(lǐng)域仍然是由少數(shù)MCU供應(yīng)商的MCU所壟斷，因汽車控制特別是汽車一些關(guān)鍵的控制領(lǐng)域需要長期的技術(shù)和市場積累。中科院電工研究所分析員唐曉泉對《中國電子報(bào)》記者表示，這些MCU主要是以英飛凌的C16X系列MCU、飛思卡爾的H12、PowerPC系列、NEC的V850系列所壟斷。為了保證技術(shù)積累和市場積累的連續(xù)性，這些MCU可能不是由這些廠生產(chǎn)，但MCU的內(nèi)核卻是由這些廠家提供，如ST采用的ST10與英飛凌的C16X的核類似，同時(shí)ST還與飛思卡爾合作生產(chǎn)PowerPC。因此其他MCU制造廠家的MCU要想進(jìn)入汽車控制的核心領(lǐng)域還需要長期奮斗。
精彩觀點(diǎn)
英飛凌汽車電子安全管理高級市場工程師沈順偉:
集成FlexRay、支持AutoSar是MCU發(fā)展方向
由于對車用MCU性能要求的不斷提高，目前市場上新推出的16位以上的MCU幾乎都集成了閃存功能或模擬功能。模擬功能主要用于和傳感器直接連接的系統(tǒng)中把模擬信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，把MCU和模擬器件集成到一起可以減小系統(tǒng)PCB板的面積，減少外圍器件并縮短開發(fā)周期從而降低成本。
而集成DSP主要用于高速處理數(shù)字信號。DSP方面的功能可能會(huì)加強(qiáng)，因?yàn)槲磥頃?huì)有越來越多數(shù)字信號處理的需求，包括在車載影音娛樂系統(tǒng)方面的應(yīng)用。在未來，集成FlexRay并支持AutoSar等行業(yè)協(xié)議將是MCU發(fā)展的主要方向。
中科院電工研究所研究員唐曉泉：
汽車專用MCU以增加網(wǎng)絡(luò)和控制功能為主
汽車不僅是MCU的一個(gè)特殊應(yīng)用領(lǐng)域，而且具有市場容量大、生命周期長、對價(jià)格敏感等特點(diǎn)，為了滿足汽車對MCU的特殊需求，在競爭中獲取有利地位，將過去在性能上滿足汽車要求的通用MCU的基礎(chǔ)上，增加汽車專用外設(shè)，從而形成為汽車定制專用MCU，已成為全球主流MCU制造廠家的趨勢。
一是增加車載網(wǎng)絡(luò)外設(shè)。目前全球主流MCU制造廠家都推出了內(nèi)嵌LIN通信功能的MCU，如：飛思卡爾在HC08/S08系列8位MCU中嵌入LIN外設(shè)SLIC(Slave LIN Interface Controller)；英飛凌在其8位MCU XC8XX中的SCI增加了LIN的支持ST在他的ST7及其系列MCU中嵌入LINSCI(具有LIN功能的SCI)；NEC也在其MCU中增加了LIN-UART(具有LIN功能的UART)；富士通在其16MCU和8位MCU中增加了LIN-UART(具有LIN功能的UART)。同時(shí)一些在汽車領(lǐng)域應(yīng)用很少的MCU制造廠家為了進(jìn)入汽車領(lǐng)域，也在其MCU中增加了LIN通信外設(shè)，如Microchip在其全系列的部分MCU中增加了EUSART(增強(qiáng)型通用同步/異步收發(fā)器)，該EUSART支持LIN通信功能。而flexRay的出現(xiàn)也許將對MCU提供廠家提供重新排序的機(jī)會(huì)。二是增加車用控制功能。車用MCU除了增加車載網(wǎng)絡(luò)外，還增加了一些車用專用控制外設(shè)，如具有一定功率輸出的PWM功能等。
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