Въвеждане на чип за контролен клас
Контролният чип се отнася главно до MCU (микроконтролерно устройство), т.е. микроконтролерът, известен също като единичен чип, трябва да намали честотата на процесора и спецификациите по подходящ начин, както и паметта, таймера, A/D преобразуването, часовника, I /O порт и серийна комуникация и други функционални модули и интерфейси, интегрирани на един чип. Реализирайки функцията за контрол на терминала, той има предимствата на висока производителност, ниска консумация на енергия, програмируема и висока гъвкавост.
MCU диаграма на нивото на габарита на превозното средство
Автомобилите са много важна област на приложение на MCU, според данните на IC Insights, през 2019 г. глобалното приложение на MCU в автомобилната електроника представлява около 33%. Броят на MCUS, използвани от всяка кола в моделите от висок клас, е близо 100, от компютри за шофиране, LCD инструменти до двигатели, шасита, големи и малки компоненти в колата, които се нуждаят от MCU контрол.
В първите дни 8-битовите и 16-битовите MCUS се използват главно в автомобилите, но с непрекъснатото подобряване на електронизацията и интелигентността на автомобилите, броят и качеството на необходимите MCUS също се увеличават. Понастоящем делът на 32-битовите MCUS в автомобилните MCUS е достигнал около 60%, от които ядрото от серията Cortex на ARM, поради ниската си цена и отличния контрол на мощността, е основният избор на производителите на автомобилни MCU.
Основните параметри на автомобилния MCU включват работно напрежение, работна честота, Flash и RAM капацитет, модул на таймера и номер на канала, ADC модул и номер на канал, тип и номер на сериен комуникационен интерфейс, номер на входен и изходен I/O порт, работна температура, пакет форма и ниво на функционална безопасност.
Разделен на CPU битове, автомобилният MCUS може да бъде разделен основно на 8 бита, 16 бита и 32 бита. С надграждането на процеса цената на 32-битовия MCUS продължава да пада и той вече се превърна в масов поток и постепенно измества приложенията и пазарите, доминирани от 8/16-битовия MCUS в миналото.
Ако се раздели според областта на приложение, автомобилният MCU може да бъде разделен на домейн на тялото, домейн на мощността, домейн на шасито, домейн на пилотската кабина и домейн на интелигентното шофиране. За домейна на пилотската кабина и домейна на интелигентното задвижване, MCU трябва да има висока изчислителна мощност и високоскоростни външни комуникационни интерфейси, като CAN FD и Ethernet. Домейнът на тялото също изисква голям брой външни комуникационни интерфейси, но изискванията за изчислителна мощност на MCU са сравнително ниски, докато домейнът на мощността и домейнът на шасито изискват по-високи нива на работна температура и функционална безопасност.
Чип за управление на домейна на шасито
Домейнът на шасито е свързан с управлението на превозното средство и се състои от трансмисионна система, задвижваща система, кормилна система и спирачна система. Състои се от пет подсистеми, а именно управление, спиране, превключване, газ и система на окачване. С развитието на автомобилната интелигентност, разпознаването на възприятията, планирането на решенията и изпълнението на контрола на интелигентните превозни средства са основните системи на домейна на шасито. Управлението по кабел и задвижването по кабел са основните компоненти за изпълнителния край на автоматичното шофиране.
(1) Изисквания към длъжността
ECU на домейна на шасито използва високоефективна, мащабируема платформа за функционална безопасност и поддържа групиране на сензори и многоосни инерционни сензори. Въз основа на този сценарий на приложение се предлагат следните изисквания за домейна MCU на шасито:
· Изисквания за висока честота и висока изчислителна мощност, основната честота е не по-малка от 200MHz и изчислителната мощност е не по-малка от 300DMIPS
· Флаш пространството за съхранение е не по-малко от 2MB, с код Flash и данни Flash физически дял;
· RAM не по-малко от 512KB;
· Високи изисквания за ниво на функционална безопасност, може да достигне ниво ASIL-D;
· Поддръжка на 12-битов прецизен ADC;
· Поддръжка на 32-битов таймер с висока точност и висока синхронизация;
· Поддръжка на многоканален CAN-FD;
· Поддържа не по-малко от 100M Ethernet;
· Надеждност не по-ниска от AEC-Q100 Grade1;
· Поддръжка на онлайн надграждане (OTA);
· Поддържа функция за проверка на фърмуера (национален таен алгоритъм);
(2) Изисквания за изпълнение
· Част от ядрото:
I. Честота на ядрото: това е часовниковата честота, когато ядрото работи, което се използва за представяне на скоростта на осцилацията на цифровия импулсен сигнал на ядрото, а основната честота не може директно да представлява изчислителната скорост на ядрото. Скоростта на работа на ядрото също е свързана с тръбопровода на ядрото, кеша, набора от инструкции и т.н.
II. Изчислителна мощност: DMIPS обикновено може да се използва за оценка. DMIPS е единица, която измерва относителната производителност на интегрираната програма за сравнение на MCU, когато се тества.
· Параметри на паметта:
I. Памет за код: памет, използвана за съхраняване на код;
II. Памет за данни: памет, използвана за съхраняване на данни;
III.RAM: Памет, използвана за съхраняване на временни данни и код.
· Комуникационен автобус: включително автомобилен специален автобус и конвенционален комуникационен автобус;
· Периферия с висока точност;
· Работна температура;
(3) Индустриален модел
Тъй като електрическата и електронната архитектура, използвана от различните автомобилни производители, ще варира, изискванията към компонентите за домейна на шасито ще варират. Поради различната конфигурация на различни модели от една и съща автомобилна фабрика, изборът на ECU на областта на шасито ще бъде различен. Тези разграничения ще доведат до различни изисквания на MCU за домейна на шасито. Например, Honda Accord използва три MCU чипа с домейн на шасито, а Audi Q7 използва около 11 MCU чипа с домейн на шасито. През 2021 г. производството на пътнически автомобили от китайска марка е около 10 милиона, от които средното търсене на домейна на шасито на велосипеди MCUS е 5, а общият пазар е достигнал около 50 милиона. Основните доставчици на MCUS в областта на шасито са Infineon, NXP, Renesas, Microchip, TI и ST. Тези пет международни доставчици на полупроводници представляват повече от 99% от пазара за домейна на шасито MCUS.
(4) Индустриални бариери
От ключова техническа гледна точка, компонентите на домейна на шасито като EPS, EPB, ESC са тясно свързани с безопасността на живота на водача, така че нивото на функционална безопасност на домейна на шасито MCU е много високо, основно ASIL-D изисквания за ниво. Това ниво на функционална безопасност на MCU е празно в Китай. В допълнение към нивото на функционална безопасност, сценариите за приложение на компонентите на шасито имат много високи изисквания за честота на MCU, изчислителна мощност, капацитет на паметта, периферна производителност, периферна точност и други аспекти. Домейнът на шасито MCU е формирал много висока индустриална бариера, която се нуждае от местни производители на MCU, за да предизвикат и пробият.
По отношение на веригата за доставки, поради изискванията за висока честота и висока изчислителна мощност за контролния чип на компонентите на домейна на шасито, се поставят относително високи изисквания за процеса и процеса на производство на пластини. Понастоящем изглежда, че е необходим поне 55n процес, за да се изпълнят изискванията за честота на MCU над 200MHz. В това отношение вътрешната производствена линия на MCU не е завършена и не е достигнала нивото на масово производство. Международните производители на полупроводници основно са възприели модела IDM, по отношение на леярните за пластини, в момента само TSMC, UMC и GF имат съответните възможности. Всички местни производители на чипове са компании Fabless и съществуват предизвикателства и определени рискове при производството на пластини и осигуряването на капацитет.
В основни изчислителни сценарии, като например автономно шофиране, традиционните централни процесори с общо предназначение са трудни за адаптиране към изискванията за AI изчисления поради ниската им изчислителна ефективност, а AI чипове като Gpus, FPgas и ASics имат отлична производителност на ръба и облака със собствени характеристики и са широко използвани. От гледна точка на технологичните тенденции, GPU все още ще бъде доминиращият AI чип в краткосрочен план, а в дългосрочен план ASIC е крайната посока. От гледна точка на пазарните тенденции, глобалното търсене на AI чипове ще поддържа бърз импулс на растеж, а облачните и крайните чипове имат по-голям потенциал за растеж и се очаква темпът на растеж на пазара да бъде близо 50% през следващите пет години. Въпреки че основата на вътрешната технология за чипове е слаба, с бързото кацане на AI приложения, бързият обем на търсенето на AI чипове създава възможности за растеж на технологиите и капацитета на местните предприятия за чипове. Автономното шофиране има строги изисквания за изчислителна мощност, забавяне и надеждност. В момента се използват предимно GPU+FPGA решения. Със стабилността на алгоритмите и управлението на данни се очаква ASics да спечелят пазарно пространство.
Необходимо е много място на CPU чипа за прогнозиране и оптимизиране на разклонения, запазване на различни състояния, за да се намали забавянето на превключването на задачи. Това също го прави по-подходящ за логическо управление, серийна работа и работа с данни от общ тип. Вземете GPU и CPU като пример, в сравнение с CPU, GPU използва голям брой изчислителни единици и дълъг тръбопровод, само много проста контролна логика и премахване на кеша. Процесорът не само заема много място от кеша, но също така има сложна контролна логика и много вериги за оптимизация, в сравнение с изчислителната мощност е само малка част.
Чип за управление на домейна на мощността
Контролерът на домейна на захранването е интелигентен блок за управление на задвижването. С CAN/FLEXRAY за постигане на управление на трансмисията, управление на батерията, наблюдение на регулирането на алтернатора, използвано главно за оптимизиране и контрол на силовото предаване, докато както електрическата интелигентна диагностика на неизправности, интелигентно пестене на енергия, комуникация по шина и други функции.
(1) Изисквания към длъжността
MCU за управление на домейна на захранването може да поддържа основни приложения в областта на захранването, като BMS, със следните изисквания:
· Висока основна честота, основна честота 600MHz~800MHz
· RAM 4MB
· Високи изисквания за ниво на функционална безопасност, може да достигне ниво ASIL-D;
· Поддръжка на многоканален CAN-FD;
· Поддръжка на 2G Ethernet;
· Надеждност не по-ниска от AEC-Q100 Grade1;
· Поддържа функция за проверка на фърмуера (национален таен алгоритъм);
(2) Изисквания за изпълнение
Висока производителност: Продуктът интегрира ARM Cortex R5 двуядрен процесор със заключване и 4MB SRAM в чипа, за да поддържа нарастващите изисквания за изчислителна мощност и памет на автомобилните приложения. ARM Cortex-R5F CPU до 800MHz. Висока безопасност: Стандартът за надеждност на спецификацията на превозното средство AEC-Q100 достига степен 1, а нивото на функционална безопасност ISO26262 достига ASIL D. Двуядреният CPU със степен на заключване може да постигне до 99% диагностично покритие. Вграденият модул за информационна сигурност интегрира истински генератор на произволни числа, AES, RSA, ECC, SHA и хардуерни ускорители, които отговарят на съответните стандарти за държавна и бизнес сигурност. Интегрирането на тези функции за информационна сигурност може да отговори на нуждите на приложения като сигурно стартиране, сигурна комуникация, сигурна актуализация и надстройка на фърмуера.
Чип за контрол на областта на тялото
Областта на тялото е отговорна главно за контрола на различни функции на тялото. С развитието на превозното средство контролерът за зоната на тялото също става все повече и повече, за да се намалят разходите за контролера, да се намали теглото на превозното средство, интеграцията трябва да постави всички функционални устройства, от предната част, средата част от автомобила и задната част на автомобила, като например задната спирачна светлина, задната габаритна светлина, ключалката на задната врата и дори двойната опорна щанга унифицирана интеграция в общ контролер.
Контролерът за зоната на тялото обикновено интегрира BCM, PEPS, TPMS, Gateway и други функции, но също така може да разшири регулирането на седалката, управлението на огледалото за обратно виждане, управлението на климатика и други функции, цялостно и унифицирано управление на всеки задвижващ механизъм, разумно и ефективно разпределение на системните ресурси . Функциите на контролера за зоната на тялото са многобройни, както е показано по-долу, но не се ограничават до изброените тук.
(1) Изисквания към длъжността
Основните изисквания на автомобилната електроника за контролните чипове на MCU са по-добра стабилност, надеждност, сигурност, в реално време и други технически характеристики, както и по-висока изчислителна производителност и капацитет за съхранение и по-ниски изисквания за индекс на консумация на енергия. Контролерът за зоната на тялото постепенно премина от децентрализирано функционално разгръщане към голям контролер, който интегрира всички основни задвижвания на електрониката на тялото, ключови функции, светлини, врати, прозорци и т.н. Дизайнът на системата за управление на областта на тялото интегрира осветление, измиване на чистачки, централен управление на брави на врати, Windows и други контроли, PEPS интелигентни ключове, управление на захранването и др. Както и шлюз CAN, разширяем CANFD и FLEXRAY, LIN мрежа, Ethernet интерфейс и технология за разработка и проектиране на модули.
Като цяло работните изисквания на гореспоменатите контролни функции за основния контролен чип на MCU в областта на тялото са отразени главно в аспектите на изчислителната и обработващата производителност, функционалната интеграция, комуникационния интерфейс и надеждността. По отношение на специфичните изисквания, поради функционалните разлики в различните сценарии на функционално приложение в областта на каросерията, като електрически прозорци, автоматични седалки, електрическа задна врата и други приложения на каросерията, все още има нужда от високоефективно управление на двигателя, такива приложения на каросерията изискват MCU за интегриране на FOC електронен алгоритъм за управление и други функции. В допълнение, различните сценарии на приложение в областта на тялото имат различни изисквания за конфигурацията на интерфейса на чипа. Поради това обикновено е необходимо да се избере MCU за областта на тялото според изискванията за функционалност и производителност на конкретния сценарий на приложение и на тази основа да се измери цялостно производителността на разходите за продукта, способността за доставка и техническо обслужване и други фактори.
(2) Изисквания за изпълнение
Основните референтни индикатори на MCU чипа за контрол на областта на тялото са както следва:
Производителност: ARM Cortex-M4F@ 144MHz, 180DMIPS, вградени 8KB инструкции Кеш кеш, поддръжка на програма за изпълнение на единица за ускоряване на Flash 0 изчакване.
Криптирана памет с голям капацитет: до 512K Bytes eFlash, поддържа криптирано съхранение, управление на дялове и защита на данните, поддържа ECC проверка, 100 000 пъти на изтриване, 10 години задържане на данни; 144K байта SRAM, поддържащ паритет на хардуера.
Интегрирани богати комуникационни интерфейси: Поддръжка на многоканален GPIO, USART, UART, SPI, QSPI, I2C, SDIO, USB2.0, CAN 2.0B, EMAC, DVP и други интерфейси.
Интегриран високопроизводителен симулатор: Поддръжка на 12bit 5Msps високоскоростен ADC, rail-to-rail независим операционен усилвател, високоскоростен аналогов компаратор, 12bit 1Msps DAC; Поддръжка на външен вход, независим източник на референтно напрежение, многоканален капацитивен сензорен бутон; Високоскоростен DMA контролер.
Поддържа вътрешен RC или външен вход за кристален часовник, нулиране с висока надеждност.
Вграден RTC часовник в реално време за калибриране, поддръжка на вечен календар за високосна година, алармени събития, периодично събуждане.
Поддържа високопрецизен брояч за време.
Функции за сигурност на хардуерно ниво: Механизъм за хардуерно ускорение на алгоритъм за криптиране, поддържащ AES, DES, TDES, SHA1/224/256, SM1, SM3, SM4, SM7, MD5 алгоритми; Криптиране на флаш памет, многопотребителско управление на дялове (MMU), TRNG истински генератор на произволни числа, операция CRC16/32; Поддръжка на защита срещу запис (WRP), многократна защита при четене (RDP) (L0/L1/L2); Поддържа стартиране на сигурността, изтегляне на програма за криптиране, актуализация на защитата.
Поддържа наблюдение на повреда на часовника и наблюдение срещу разрушаване.
96-битов UID и 128-битов UCID.
Високонадеждна работна среда: 1,8 V ~ 3,6 V/-40 ℃ ~ 105 ℃.
(3) Индустриален модел
Електронната система за областта на тялото е в ранен етап на растеж както за чуждестранни, така и за местни предприятия. Чуждестранни предприятия като BCM, PEPS, врати и прозорци, контролер за седалки и други еднофункционални продукти имат дълбоко техническо натрупване, докато големите чуждестранни компании имат широко покритие от продуктови линии, което им поставя основата да правят продукти за системна интеграция . Местните предприятия имат определени предимства при прилагането на нова енергийна каросерия на автомобила. Вземете BYD като пример, в новото енергийно превозно средство на BYD, зоната на каросерията е разделена на лява и дясна зона, а продуктът на системната интеграция е пренареден и дефиниран. Въпреки това, по отношение на чипове за контрол на областта на тялото, основният доставчик на MCU все още е Infineon, NXP, Renesas, Microchip, ST и други международни производители на чипове, а местните производители на чипове в момента имат нисък пазарен дял.
(4) Индустриални бариери
От гледна точка на комуникацията има процес на еволюция на традиционната архитектура-хибридна архитектура-последната компютърна платформа за превозно средство. Промяната в скоростта на комуникация, както и намаляването на цената на основната изчислителна мощност с висока функционална безопасност е ключът и е възможно постепенно да се реализира съвместимостта на различни функции на електронно ниво на основния контролер в бъдеще. Например, контролерът за зоната на тялото може да интегрира традиционни функции BCM, PEPS и пулсации против прищипване. Относително казано, техническите бариери на чипа за контрол на областта на тялото са по-ниски от зоната на захранване, зоната на пилотската кабина и т.н. и се очаква домашните чипове да поемат водеща роля в извършването на голям пробив в областта на тялото и постепенно да реализират домашно заместване. През последните години вътрешният пазар на MCU за преден и заден монтаж има много добър импулс на развитие.
Контролен чип в кабината
Електрификацията, интелигентността и работата в мрежа ускориха развитието на автомобилната електронна и електрическа архитектура до посоката на управление на домейни, а пилотската кабина също се развива бързо от системата за аудио и видео развлечение на автомобила до интелигентната пилотска кабина. Кокпитът е представен с интерфейс за взаимодействие човек-компютър, но независимо дали е предишната информационно-развлекателна система или настоящият интелигентен кокпит, в допълнение към наличието на мощен SOC с изчислителна скорост, той също се нуждае от MCU в реално време, за да се справи взаимодействието на данните с превозното средство. Постепенното популяризиране на софтуерно дефинирани превозни средства, OTA и Autosar в интелигентната пилотска кабина прави изискванията за MCU ресурси в пилотската кабина все по-високи. Конкретно отразено в нарастващото търсене на FLASH и RAM капацитет, търсенето на PIN Count също се увеличава, по-сложните функции изискват по-силни възможности за изпълнение на програми, но също така имат по-богат интерфейс на шината.
(1) Изисквания към длъжността
MCU в зоната на кабината реализира основно управление на захранването на системата, управление на времето за включване, управление на мрежата, диагностика, взаимодействие с данни на превозното средство, ключ, управление на фоновото осветление, управление на аудио DSP/FM модула, управление на системното време и други функции.
Изисквания за ресурси на MCU:
· Основната честота и изчислителната мощност имат определени изисквания, основната честота е не по-малка от 100MHz и изчислителната мощност е не по-малка от 200DMIPS;
· Флаш пространството за съхранение е не по-малко от 1MB, с код Flash и данни Flash физически дял;
· RAM не по-малко от 128KB;
· Високи изисквания за ниво на функционална безопасност, може да достигне ниво ASIL-B;
· Поддръжка на многоканален ADC;
· Поддръжка на многоканален CAN-FD;
· Клас на регулиране на превозните средства AEC-Q100 Клас 1;
· Поддръжка на онлайн надграждане (OTA), Flash поддръжка на двойна банка;
· SHE/HSM-леко ниво и по-високо е необходим двигател за криптиране на информация, за да поддържа безопасно стартиране;
· Pin Count не е по-малко от 100PIN;
(2) Изисквания за изпълнение
IO поддържа захранване с широко напрежение (5.5v~2.7v), IO портът поддържа използване на пренапрежение;
Много входни сигнали варират в зависимост от напрежението на захранващата батерия и може да възникне пренапрежение. Пренапрежението може да подобри стабилността и надеждността на системата.
Живот на паметта:
Жизненият цикъл на автомобила е повече от 10 години, така че съхранението на програмата за автомобил MCU и съхранението на данни трябва да имат по-дълъг живот. Програмното съхранение и съхранението на данни трябва да имат отделни физически дялове и програмното хранилище трябва да се изтрива по-малко пъти, така че издръжливост>10K, докато съхранението на данни трябва да се изтрива по-често, така че трябва да има по-голям брой пъти на изтриване . Обърнете се към индикатора за флаш данни Издръжливост>100K, 15 години (<1K). 10 години (<100K).
Интерфейс на комуникационната шина;
Комуникационното натоварване на шината на превозното средство става все по-високо и по-високо, така че традиционният CAN CAN вече не отговаря на комуникационното търсене, търсенето на високоскоростната CAN-FD шина става все по-високо и по-високо, поддържането на CAN-FD постепенно се превърна в MCU стандарт .
(3) Индустриален модел
Понастоящем делът на вътрешните интелигентни кабини MCU все още е много нисък и основните доставчици все още са NXP, Renesas, Infineon, ST, Microchip и други международни производители на MCU. Редица местни производители на MCU са били в оформлението, представянето на пазара остава да се види.
(4) Индустриални бариери
Нивото на регулиране на интелигентната кабина и нивото на функционална безопасност не са относително високи, главно поради натрупването на ноу-хау и необходимостта от непрекъсната итерация и подобрение на продукта. В същото време, тъй като няма много производствени линии за MCU в местните фабрики, процесът е сравнително изостанал и отнема период от време, за да се постигне националната производствена верига за доставки, и може да има по-високи разходи и натиск от конкуренцията с международните производители е по-голям.
Приложение на чип за битово управление
Чиповете за управление на автомобили са базирани главно на автомобилни MCU, местни водещи предприятия като Ziguang Guowei, Huada Semiconductor, Shanghai Xinti, Zhaoyi Innovation, Jiefa Technology, Xinchi Technology, Beijing Junzheng, Shenzhen Xihua, Shanghai Qipuwei, National Technology и т.н., всички имат MCU продуктови последователности в мащаб на автомобили, еталонни гигантски продукти в чужбина, в момента базирани на ARM архитектура. Някои предприятия също са извършили изследвания и разработки на RISC-V архитектура.
Понастоящем чипът за домейн за управление на домашни превозни средства се използва главно в автомобилния пазар с предно зареждане и е приложен върху автомобила в домейна на каросерията и информационно-развлекателния домейн, докато в шасито, домейна на мощността и други области той все още е доминиран от задгранични чип гиганти като stmicroelectronics, NXP, Texas Instruments и Microchip Semiconductor, и само няколко местни предприятия са реализирали приложения за масово производство. Понастоящем местният производител на чипове Chipchi ще пусне продукти от серията E3 с високопроизводителни управляващи чипове, базирани на ARM Cortex-R5F през април 2022 г., с ниво на функционална безопасност, достигащо ASIL D, температурно ниво, поддържащо AEC-Q100 Grade 1, честота на процесора до 800MHz , с до 6 CPU ядра. Това е продуктът с най-висока производителност в съществуващото масово производство на габарити за превозни средства MCU, запълване на празнината на вътрешния пазар на MCU за габарити за превозни средства от висок клас с високо ниво на безопасност, с висока производителност и висока надеждност, може да се използва в BMS, ADAS, VCU, от -жично шаси, инструменти, HUD, интелигентно огледало за обратно виждане и други основни полета за управление на превозното средство. Повече от 100 клиенти са приели E3 за продуктов дизайн, включително GAC, Geely и др.
Прилагане на основни продукти за домашни контролери
Време на публикуване: 19 юли 2023 г
