作为车辆控制的核心器件,MCU主要用于车身控制、驾驶控制、信息娱乐和驾驶辅助系统。
8位MCU :提供低端控制功能:风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、 车窗升降、低端仪表盘、集线盒、座椅控制、门控模块。
16位MCU :提供中端控制功能:用于动力系统,如引擎控制、齿轮与离合器控制和电子式涡轮系统等;用于底盘 ,如悬吊系统、电子式动力方向盘、扭力分散控制和电子泵、电子刹车等。
32位MCU:提供高端控制功能:在实现L1和L2的自动驾驶功能中扮演重要角色,如仪表盘控制、车身控制、多媒体信息系统、引擎控制,以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统。
车规级半导体对产品的环境要求、可靠性要求和供货周期要求较高,主要体现在:
(1)环境要求。汽车芯片的工作环境更复杂,有高振动、多粉尘、多电磁干扰、温度范围宽(-40~155℃)等特点;
(2)可靠性要求。汽车设计寿命一般 在 15 年或 20 万公里,整车厂对车规级 MCU 的要求通常是零失效;
(3)供货周 期要求。车规级 MCU 的供应周期需要覆盖整车的全生命周期,供货周期一般为 15~20 年;
(4)重新认证要求。在工业 MCU 上执行很多微小的工艺变化都不需 要客户或对 MCU 进行重新认证,但对于汽车 MCU 来说需要进行重新认证。
一般需符合三大车规标准和规范:
1. 在设计阶段要遵循功能安全标准 ISO26262,
2. 在流片和封装阶段要遵循的 AEC-Q001~004 以及 IATF16949,
3 .在认证测试阶段要遵循的 AEC-Q100/Q104。其中,AECQ100 分为四个可靠性等级,从低到高分别为 3、2、1、0;ISO26262 定义的 ASIL 有四个安全等级,从低到高分别为 A、B、C、D;AEC-Q100 系列认证一般至少 需要 1-2 年的时间,而 ISO26262 的认证难度更高,周期更长。在考虑到芯片上 车后还需要认证的时间,整体上车规级芯片从流片到相关车型量产出货可能要 3- 5 年时间.
目前国内外做得比较出色的车规级MCU产品:
01
恩智浦NXP S32K汽车MCU
S32K MCU系列是NXP基于Arm Cortex-M系列的可扩展、低功耗微控制器,具有高级功能安全、信息安全和软件支持,适用于ASIL B/D车身、区域控制和电气化应用。
S32K MCU提供硬件和软件的可扩展性和兼容性,支持固件无线(FOTA)、高级硬件安全性、CAN FD和以太网TSN。该系列MCU包括S32K1和S32K3,前者是基于Cortex-M0+/M4F内核的单核MCU,带128 KB至2 MB 存储器,支持ASIL B,已经量产;后者基于Cortex-M7内核,具有单核、双核和锁步内核MCU,带512 KB至8 MB存储器,支持ASIL B/D。
02
英飞凌Cypress Traveo II汽车MCU
Cypress Traveo II系列是英飞凌专为汽车应用而设计的32位MCU。由于在单核Arm Cortex-M4F和双核Cortex-M7F中内置了处理能力和网络连接,该系列微控制器的性能可以从400 DMIPS 提高到1500 DMIPS。Traveo II 系列集成了HSM(硬件安全模块)、用于安全处理的专用 Cortex-M0+,以及满足FOTA要求的双存储体模式嵌入式闪存,因而具有高级安全功能。该系列MCU还配备了优化的软件平台,可用于赛普拉斯 AUTOSAR MCAL(微控制器抽象层)、自测库、闪存 EEPROM 仿真以及安全低级驱动程序,并结合第三方固件使用
Traveo II系列包括入门级型号CYT2B6、CYT2B7、CYT2B9和CYT2BL,以及高性能型号CYT3BB/4BB和CYT4BF。其中CYT2B9 MCU 专为汽车车身电子设备而设计,基于Cortex-M4F内核,具有出色的处理能力和网络连接性能。
除了CAN FD接口外,该系列还通过嵌入式CXPI接口提供更高的响应和更快的通信速度,是车身控制模块、暖通空调和照明的理想选择。该芯片具有六种电源模式,使ECU能够最大限度地降低整体功耗且保证安全功能,以实现安全通信,并在内存大小和引脚数方面具有出色的可扩展性。
03
意法半导体Stellar 32位汽车MCU
意法半导体Stellar系列汽车MCU专为基于域控制器的汽车平台而设计,是建立在ST高性能汽车 MCU专业知识和广泛应用的基础上,扩展其SPC58系列的下一代汽车微控制器。
Stellar 系列MCU结合 28nm FD-SOI、嵌入式相变存储器 (PCM) 和多个 Arm Cortex R-52 内核的优势,可以支持高达 600Mhz 的频率和超过 40MByte 的嵌入式 PCM 非易失性存储器,用于快速和确定性的实时计算,不受非集成存储器的延迟影响。
该系列MCU具有许多创新功能,可确保实时性能和安全性,同时最大限度地降低恶劣、高温环境中的功耗,其主要应用包括混合动力系统的智能控制、带有车载充电器的汽车系统电气化、电池管理系统和DC-DC 控制器,以及智能网关、高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和增强型车辆稳定性控制等。
04
先楫 HPM6750
HPM6750 MCU是先楫半导体推出的高性能高实时 RISC-V MCU 旗舰产品,目前已经量产。与国际竞品相比,HPM6750单核运行主频即可达到惊人的816MHz,在CoreMark跑分测试中,HPM6750获得了9220的高分,成功刷新了国际MCU领域的性能记录。
在具体性能方面,HPM6750 MCU采用RISC-V 内核,支持双精度浮点运算及强大的 DSP 扩展,主频频率创下了MCU 性能新纪录,是目前市场上高性能MCU的理想之选。此外,该MCU还配置了高效 L1 缓存和本地存储器,加上 2MB 内置通用SRAM,极大避免了低速外部存储器引发的性能损失。
HPM6750还拥有强大的多媒体支持能力和丰富外设接口,其适配的LCD显示控制器可支持高达1366×768 60fps的八图层RGB显示支持,支持图形加速功能,可支持双千兆以太网,IEEE1588,双目摄像头。并具有4个独立的pwm模块,每个模块可生成8通道互补PWM,及16通道普通PWM、3 个 12 位高速 ADC 5MSPS、1 个 16 位高精度 ADC 2MSPS、4 个模拟比较器等多个接口。
先楫HPM6750高性能RISC-V MCU可用于汽车仪表方案的开发。这款10.1英寸的仪表显示屏的分辨率达1280×480,超过了60万像素。借助HPM6750的高性能CPU,以及独立自主知识产权的显示系统,包括8图层混合显示控制器,以及2D图形加速单元,成功实现了动态流畅的显示车辆行驶的各种关键信息,包括车辆的速度,发动机转速,油箱的状态等等,还包括了一些行驶的辅助信息,比如当前的时间,安全带的状态,转向灯信息等等。得益于HPM6750显示系统的卓越设计,显示屏局部的图层刷新可由硬件完成,限制降低CPU负荷,显示的刷新率超过了60帧每秒。
05
比亚迪半导体BF7006AMXX系列车规级MCU
比亚迪半导体的车规级MCU采用高可靠性的车规级制造工艺,严格按照AEC-Q100 Grade1质量标准测试认证,遵循IATF16949体系下生产管控流程。其8位和32位内核系列MCU的安全等级可最高达到ISO26262 ASILB标准,已大规模用于电动车窗、电动座椅、雨刮、车灯、仪表、后视镜、车锁等多种汽车通用控制。
BF7006AMXX 作为一款满足汽车AECQ100 GRADE1 品质等级的32 位通用MCU,依照ISO26262 ASIL-B 等级标准要求设计;其内部集成CAN、LIN、UART 等多种通信模块,多路计数器、计时器及PWM 功能,并包含有高精度ADC,存储支持EEPROM 即时数据保存等多种通用模块。封装形式为LQFP64、LQFP48、TSSOP28,适合如电动车窗、电动座椅、雨刮、车灯、门锁等多种汽车电子车身控制应用。
06
旗芯微 FC4150F512
苏州旗芯微半导体有限公司成立于2020年10月,将基于ARM Cortex M4、M7等系列架构构建面向汽车不同应用场景的高性能、高可靠性的片上系统,开发智能汽车高端控制器芯片。通过采用自研IP,多核锁步等技术以及应用于车规芯片的六西格玛模拟电路设计流程,设计出覆盖安全标准ISO26262 ASIL-B至ASIL-D的全系列产品家族。公司产品均满足车规AEC-Q100、功能安全标准ISO26262以及各项车规可靠性测试,可广泛应用于车身、汽车仪表、安全、动力、电池管理等领域。
FC4150F512芯片属于旗芯微FC4150产品家族的5V电压车规级MCU。FC4150产品系列是基于Corex-M4F内核的高性能车规级MCU,支持ASIL-B功能安全等级,AEC-Q100 认证,Grade 1等级,适用于汽车的BCM、BCM+、BMS、照明、电机控制、HVAC、TPMS和T-BOX等应用。
性能方面,FC4150F512主频高达150MHZ、内置512KB的Flash和128KB的SRAM,3.0V-5.5V的工作电压,带有6个CAN口,其中3个支持CAN-FD。并针对成本敏感的应用进行了优化。
该产品提供开源SDK软件包,驱动开发样例支持多个IDE:Keil,IAR, Eclipse。并且提供自主开发的MCAL软件,该软件遵守ISO26262功能安全开发流程,支持FULLAUTOSAR和单独AUTOSAR CAN/LIN/Ethernet协议栈应用。
07
小华HC32F460
小华HC32F460系列芯片是基于ARM Cortex-M4 32-bit RISC CPU,工作频率200MHz的高性能MCU。该芯片还集成了高速片上存储器,包括512KB的Flash,192KB的SRAM,并支持宽电压范围(1.8-3.6V),宽温度范围(-40-105℃)和各种低功耗模式,可应用于汽车电动背门、伺服电机控制器、面板控制器 、编码器等领域。
接口方面,HC32F460系列芯片集成了丰富的外设功能。包括2个单独的12bit 2MSPS ADC,1个增益可调PGA,3个电压比较器(CMP),3个多功能16bit PWM Timer(Timer6)支持6路互补PWM输出,3个电机PWM Timer(Timer4)支持18路互补PWM输出,6个16bit通用Timer(TimerA)支持3路3相正交编码输入及48路Duty独立可设PWM输出,11个串行通信接口(I2C/UART/SPI),1个QSPI接口,1路CAN,4个I2S支持音频PLL,2个SDIO,1个USB FS Controller带片上FS PHY支持Device/Hos。
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