亚博网页版 国产车载MCU(汽车电子与非互联网)的进步与创新

日期:2021-02-16 22:09:17 浏览量: 87

汽车新的四个现代化进程不断推进,汽车电子行业将迎来发展的黄金时期。

根据IC Insights的数据,到2020年,汽车级MCU芯片的销售额将接近65亿美元,并且该器件将从2021年到2023年逐渐增长。2023年的销售额将达到81亿美元。

目前,全球MCU市场由瑞萨(Renesas),恩智浦(NXP),英飞凌(Infineon)yabo88登陆 ,微芯(Microchip),赛普拉斯(Cypress),意法半导体(STMicroelectronics)等国外半导体制造商以及高通(Qualcomm),英伟达(Nvidia)和英特尔(Intel)等消费电子巨头所主导。相比之下,国内起步较晚且技术水平较弱的车载MCU制造商在进入该领域时处于疲软状态。

不久前,我写了一篇文章“为什么家用车载MCU的发展很长?” 》描述了家用车载MCU的现状和困境。从设计开发到生产良率再到车辆级别的测试和认证,它们都是摆在我们面前的难题。家用车载MCU的路途很长,并且仍在追赶。

最近车载汽车电子,四维图新的全资子公司AutoChips在其汽车级MCU产品线AC7801X中增加了一个新的重量级成员。这是自2018年底推出首款汽车级MCU芯片AC7811之后的又一个新成员。国产32位Cortex-M0 +汽车级MCU芯片旨在进一步扩大车身领域的国内市场份额。控制。

根据介绍,AC7801x系列MCU符合AEC-Q100规范,适用于汽车电子和高可靠性工业应用,主要是电子控制领域。可广泛用于汽车的天窗,窗户,座椅,ETC,LED灯,雨量传感器和倒车雷达。

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AC7801x芯片框图(来源:捷发科技官方网站)

从芯片架构图看,AC7801x系列芯片基于ARMCortex®-M0+内核,运行频率为48MHz,高达128KB闪存,高达20KB RAM,电源电压支持2. 7〜5. 5V ,并具有出色的EMC / ESD功能,可适应恶劣的环境,温度范围:-40至125℃;支持LQFP4 8、 QFN3 2、 TSSOP20三种封装类型。

在通信模块中,该系列芯片支持2个SPI,2个I2C,1个CAN-FD,与CAN 2. 0B,3个UART和2个软件LIN兼容。

AC7801x系列芯片具有强大的扩展能力,成熟而完整的ARM体系结构和生态配置;先进的CAN-FD满足未来对高带宽总线的扩展需求;产品适配AUTOSAR功能;大容量Flash / RAM,丰富的外围设备该接口可以完全满足客户的个性化和扩展需求。同时,AC7801X具有出色的性价比优势,促进了传统车身中包含的大量8位/ 16位MCU的升级,并有助于汽车的电子飞跃。

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与消费/工业MCU相比,汽车级MCU的优势是什么?

与消费级和工业级产品相比,汽车级MCU在温度范围,稳定性,生产良率,生命周期和认证过程方面存在明显差距。

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图片来源:网络

温度范围:汽车级MCU需要较宽的工作温度范围。 MCU需要在-40℃〜125℃范围内正常工作。例如,内置EEPROM可以确保在高温下足够长的擦除和写入寿命。 MCU中有大量的模拟设备,因此必须确保这些设备在整个温度范围内内部一致性,包括ADC,时钟华体会 ,内部基准电压,运算放大器比较器失调电压等。

稳定性:该器件对抗干扰性能有极高的要求,包括抗ESD静电,EFT群脉冲,RS传导辐射等。在这些干扰下,MCU可以防止损坏,崩溃和复位。

生产良率和生命周期:汽车级MCU产品的批次一致性。如何达到1PPM甚至更低的产品缺陷率。对于芯片公司的设计和质量控制来说,这是一个很大的挑战。在设计时,必须考虑如何减小功能和性能的理论偏差,并且质量控制测试应彻底而全面。产品生命周期将达到15-20年,技术难度远远大于消费电子芯片。

认证过程:认证过程是花费很长时间才能降落汽车芯片的原因。进入汽车领域的芯片必须通过两项认证:第一项是北美汽车行业引入的AEC-Q100(IC),101(分立组件)和200(无源零件)可靠性标准;第二个是达到零无效的供应链质量管理标准ISO / TS 16949规范中的ASIL安全等级。 ASIL安全级别规范了汽车电子中特定设备的安全设计要求。根据不同的控制场景,需要满足不同级别的规范,以提高设备的容错率和故障诊断覆盖率。每个链接都需要重复测试和验证。即使发现产品有缺陷,也必须从头到尾进行检查以找出根本原因并采取有效的计划。

与国外同类车载MCU相比,有哪些创新和亮点?

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整个国内的MCU行业起步较晚澳门国际 ,技术薄弱,在品牌,产品稳定性,供应能力和产业链协调方面均存在不足。但是,本地的汽车级MCU产品在追赶和模仿方面逐渐显示出新的亮点。

没有证据可以说,让我们与国际制造商生产的相同类型的MCU进行比较:

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Kinetis®EA系列32位Arm®Cortex®MCU(来源:NXP官方网站)

恩智浦KEA系列32位MCU是Arm生态合作系统的入门级产品,具有低功耗Arm Cortex-M0 +内核和8-128 KB嵌入式闪存;它们具有出色的EMC / ESD兼容性,可以适应高温环境和低辐射排放;提供可扩展,稳定和可靠的高性能解决方案,适用于汽车和工业应用的高质量要求和长期供应保证要求。

在通信接口方面,KEA系列芯片支持2个SPI模块,3个UART模块,2个IIC模块和1个CAN模块。

Jiefa Technology AC7801x系列MCU和NXP(以前称为Freescale)KEA系列,两者在大多数功能模块和性能参数上几乎相同。在通信模块部分,AC7801x具有一定优势,支持多种通信接口,通过不同的传输速率和性能负载可以满足更多的应用场景。

让我们从通信接口的角度介绍AC7801x系列MCU的升级:

·从CAN过渡到CAN FD

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CAN(控制器局域网)是一个控制器局域网,是世界上使用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧,CAN总线协议已成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线。

随着新能源汽车和自动驾驶技术的飞速发展,对ADAS和人机交互的需求不断增长。就传输速率和带宽而言,CAN总线变得越来越“无能为力”。经典的CAN总线通信无法满足当前对数据量的需求。因此,CAN FD应运而生,以满足车载网络不断增长的带宽和数据速率灵活性的要求。

CAN FD是基于传统CAN总线标准的通信协议。与传统的CAN相比,数据传输速率提高了5倍,数据有效负载提高了8倍。从以前的1Mbps升级到最大5Mbps的数据传输速率,支持高达64字节的有效负载。

CAN FD的兼容性也非常好。 CAN FD可以向下兼容CAN,但是不能向上升级。此外,CAN FD还提高了错误帧漏检率,被认为是下一代主流汽车总线系统。

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从需求的角度来看,在2019年之前,对CAN FD的需求并不高。然而,在2019年之后,对CAN FD的总体需求突然增加im体育平台 ,这主要是由于新能源汽车和自动驾驶的爆发。在这两个方面生成的数据量非常大。传统的CAN传输数据无法达到,因此有必要升级CAN FD。传输。

·CAN VS以太网

就CAN总线而言,很难绕过以太网。两者在汽车领域争夺公共汽车。

以太网是标准的开放网络。与CAN总线相比,以太网具有传输速率高,传输距离长的优点,技术相对成熟,掌握它的人越来越多。但是目前,它仅用于汽车中雷达和视频等高速信号的传输。为什么汽车不使用以太网总线通信?因为与以太网相比,CAN总线也具有一定的优势。

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网络安全性:从网络连接的角度来看,CAN总线通过物理信号进行连接,而以太网为交换机连接。在以太网连接中,该开关是必需的。一旦交换机出现问题,整个网络将崩溃。整个网络的安全性取决于交换机。风险更大,如果设置了冗余备份,则会增加很多成本。相反,CAN总线的结构简单,简单且稳定。此外,以太网采用超时重传机制,单个节点的故障很容易传播到整个网络,这远不及CAN总线的分层仲裁系统。对于汽车网络安全,CAN总线更合适。

成本决定:上面的安全性中提到了开关。以太网络交换机的存在是必不可少的,现代汽车拥有越来越多的网络节点。如果将所有以太网都用于通信,则将需要一个或多个具有多个接口的交换机,这将大大增加成本。

软件稳定性:以太网作为标准的开放网络系统,具有良好的兼容性和互操作性,并具有强大的资源共享能力。它可以轻松完成信息和资源共享操作。但是,另一方面银河体育 ,这也增加了软件的不稳定性,并降低了网络入侵的成本。相对而言,CAN总线是专用的现场总线,具有很高的软件稳定性。

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上面简要介绍了CAN总线和以太网网络方法的优缺点。结合两者的特点,就目前的技术而言,车载以太网是骨干网,而CAN FD作为子系统的通讯方式更为可行。它不仅保留了CAN的实时性和安全性,而且提高了通信速度和传输距离,同时确保了成本控制。这是当前阶段的最佳选择。

·UART-LIN(UART实现LIN通信)

在AC7801x芯片框图中可以看到,除了支持3个UART外,它还支持2个UART-LIN。什么是UART-LIN?

UART:通用异步接收器发送器,它不是SPI和I2C之类的通信协议车载汽车电子,而是MCU中的物理电路或独立IC,它是微控制器的外设,主要目的是发送和接收串行数据。现在,几乎每个MCU都标配有UART。主要功能是与主机连接,以便主机可以对其进行调试或执行简单的数据通信,例如显示状态和传输多个命令。尽管UART的速度相对较低,但它是必不可少的。

并且UART-LIN是基于UART数据格式的LIN总线(本地互连网络)的低成本串行通信协议。

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LIN总线是为汽车分布式电子系统定义的低成本串行通信网络。它采用单主控制器/多从机模式,这是UART的特例。 LIN网络通常不在汽车中独立存在。它通常连接到上层CAN网络,形成一个CAN-LIN网关节点,为CAN总线网络提供辅助功能。

由于CAN总线的高昂成本,如果到处都使用CAN总线,则车辆的总线架构的成本将变得很高。因此,在某些对网络的带宽,性能或容错性,带宽和多重性要求不高的应用中(智能传感器节点,例如车窗,后视镜,前灯,车锁等)。不需要CAN总线。在功能场合,可以使用LIN总线来节省成本。

LIN总线采用单线传输形式,并采用了单主机和多从机的概念。总线级别通常为12V,最大传输速率限制为20Kbit / s。由于物理层的限制,一个LIN网络最多可以连接16个节点。

LIN的功能

LIN总线和CAN总线是汽车中的两个重要总线。其中,LIN总线被广泛应用于车身电子设计(BCM),并且也是ECU设计的重要组成部分。

对于LIN总线的发展前景,智虎汽车工程师Rechuin表示,在许多汽车制造商中,前灯模块挂在CAN线上。在原始应用程序对网络带宽和性能的要求不高的情况下,借助增强的功能(例如添加了一系列功能,例如自动调节前灯跟进转向功能),LIN逐渐无法满足通信要求。需要,因此开始转向CAN总线是一个不错的选择。

此外,某汽车网络终端产品经理的产品经理张扬也认为,LIN将逐渐被淘汰。一方面,由于CAN的成本越来越低,因此开发成本和单价都不会比LIN节点贵很多。一方面,LIN速度太低,几乎不可能进行OTA(无线)升级。

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结论

随着国际贸易摩擦的不断升级,国内汽车制造商引进国外核心技术和核心部件的障碍越来越大。但是,严峻的形势也为中国汽车产业提供了机遇,必将加速中国汽车芯片产业的发展,加快自主研发和创新的步伐。汽车芯片的国内替代已经迎来了历史机遇。

作为汽车芯片的核心产品,车载MCU将来将与其他自行设计的汽车信息娱乐系统SOC,MEMS和模拟设备产品线形成有效的联系,以帮助汽车的“新四大现代化”并不断促进国产芯片工艺的自主性。

包括AutoChips捷发科技在内的本地公司已采取措施来促进自治。