Introduktion til kontrolklasse-chip
Kontrolchippen refererer hovedsageligt til MCU'en (Microcontroller Unit), det vil sige mikrocontrolleren, også kendt som den enkelte chip, skal reducere CPU-frekvensen og specifikationerne passende, og hukommelsen, timeren, A/D-konverteringen, uret, I /O-port og seriel kommunikation og andre funktionelle moduler og interfaces integreret på en enkelt chip. Ved at realisere terminalstyringsfunktionen har den fordelene ved høj ydeevne, lavt strømforbrug, programmerbar og høj fleksibilitet.
MCU-diagram over køretøjets målerniveau
Automotive er et meget vigtigt anvendelsesområde for MCU, ifølge IC Insights data, i 2019 tegnede den globale MCU-applikation i automobilelektronik sig for omkring 33%. Antallet af MCUS, der bruges af hver bil i avancerede modeller, er tæt på 100, fra kørecomputere, LCD-instrumenter til motorer, chassis, store og små komponenter i bilen har brug for MCU-styring.
I de tidlige dage blev 8-bit og 16-bit MCUS hovedsageligt brugt i biler, men med den kontinuerlige forbedring af bilelektronisering og intelligens stiger antallet og kvaliteten af MCUS også. På nuværende tidspunkt er andelen af 32-bit MCUS i bil-MCUS nået op på omkring 60%, hvoraf ARM's Cortex-seriens kerne, på grund af dens lave omkostninger og fremragende effektkontrol, er det almindelige valg af bilproducenter af MCU'er.
De vigtigste parametre for MCU til biler inkluderer driftsspænding, driftsfrekvens, flash- og RAM-kapacitet, timermodul og kanalnummer, ADC-modul og kanalnummer, seriel kommunikationsinterfacetype og nummer, input og output I/O portnummer, driftstemperatur, pakke form og funktionelt sikkerhedsniveau.
Opdelt efter CPU-bits kan automobil-MCUS hovedsageligt opdeles i 8 bit, 16 bit og 32 bit. Med procesopgraderingen fortsætter prisen på 32-bit MCUS med at falde, og det er nu blevet mainstream, og det erstatter gradvist de applikationer og markeder, der tidligere var domineret af 8/16-bit MCUS.
Hvis den er opdelt i henhold til applikationsfeltet, kan automobil-MCU'en opdeles i kropsdomænet, kraftdomænet, chassisdomænet, cockpitdomænet og intelligent kørselsdomænet. For cockpitdomænet og det intelligente drevdomæne skal MCU'en have høj computerkraft og højhastigheds-eksterne kommunikationsgrænseflader, såsom CAN FD og Ethernet. Kropsdomænet kræver også et stort antal eksterne kommunikationsgrænseflader, men MCU'ens computerkraftkrav er relativt lave, mens strømdomænet og chassisdomænet kræver højere driftstemperatur og funktionelle sikkerhedsniveauer.
Chassis domæne kontrol chip
Chassisdomæne er relateret til køretøjskørsel og består af transmissionssystem, køresystem, styresystem og bremsesystem. Det er sammensat af fem undersystemer, nemlig styring, bremsning, gearskifte, gas og affjedringssystem. Med udviklingen af bilintelligens er perceptionsgenkendelse, beslutningsplanlægning og kontroludførelse af intelligente køretøjer kernesystemerne i chassisdomænet. Steering-by-wire og drive-by-wire er kernekomponenterne for den udøvende ende af automatisk kørsel.
(1) Jobkrav
Chassisdomæne-ECU'en bruger en højtydende, skalerbar funktionel sikkerhedsplatform og understøtter sensorklynger og multi-akse inertisensorer. Baseret på dette applikationsscenarie foreslås følgende krav til chassisdomænet MCU:
· Højfrekvente og høje krav til computerkraft, hovedfrekvensen er ikke mindre end 200MHz og computerkraften er ikke mindre end 300DMIPS
· Flash-lagerplads er ikke mindre end 2 MB, med kode Flash og data Flash fysisk partition;
· RAM ikke mindre end 512KB;
· Høje krav til funktionelt sikkerhedsniveau, kan nå ASIL-D niveau;
· Understøtter 12-bit præcision ADC;
· Understøtter 32-bit høj præcision, høj synkronisering timer;
· Understøtter multi-kanal CAN-FD;
· Understøtter ikke mindre end 100M Ethernet;
· Pålidelighed ikke lavere end AEC-Q100 Grade1;
· Support online opgradering (OTA);
· Støtte firmware-verifikationsfunktion (national hemmelig algoritme);
(2) Ydelseskrav
· Kernel del:
I. Kernefrekvens: det vil sige klokfrekvensen, når kernen arbejder, som bruges til at repræsentere hastigheden af kernens digitale pulssignaloscillation, og hovedfrekvensen kan ikke direkte repræsentere kernens beregningshastighed. Kernelens driftshastighed er også relateret til kernepipeline, cache, instruktionssæt osv.
II. Regnekraft: DMIPS kan normalt bruges til evaluering. DMIPS er en enhed, der måler den relative ydeevne af det integrerede MCU-benchmark-program, når det testes.
· Hukommelsesparametre:
I. Kodehukommelse: hukommelse, der bruges til at gemme kode;
II. Datahukommelse: hukommelse, der bruges til at gemme data;
III.RAM: Hukommelse, der bruges til at gemme midlertidige data og kode.
· Kommunikationsbus: inklusive specialbus til biler og konventionel kommunikationsbus;
· Periferiudstyr med høj præcision;
· Driftstemperatur;
(3) Industrielt mønster
Da den elektriske og elektroniske arkitektur, der bruges af forskellige bilproducenter, vil variere, vil komponentkravene til chassisdomænet variere. På grund af den forskellige konfiguration af forskellige modeller fra den samme bilfabrik, vil ECU-valget af chassisområdet være anderledes. Disse sondringer vil resultere i forskellige MCU-krav til chassisdomænet. For eksempel bruger Honda Accord tre chassisdomæne MCU-chips, og Audi Q7 bruger omkring 11 chassisdomæne-MCU-chips. I 2021 er produktionen af kinesiske mærke personbiler omkring 10 millioner, hvoraf den gennemsnitlige efterspørgsel efter cykelchassis domæne MCUS er 5, og det samlede marked har nået omkring 50 millioner. Hovedleverandørerne af MCUS i hele chassisdomænet er Infineon, NXP, Renesas, Microchip, TI og ST. Disse fem internationale halvlederleverandører tegner sig for mere end 99% af markedet for chassisdomæne MCUS.
(4) Industribarrierer
Fra det centrale tekniske synspunkt er komponenterne i chassisdomænet såsom EPS, EPB, ESC tæt forbundet med førerens livssikkerhed, så det funktionelle sikkerhedsniveau for chassisdomænet MCU er meget højt, grundlæggende ASIL-D niveaukrav. Dette funktionelle sikkerhedsniveau for MCU er tomt i Kina. Ud over det funktionelle sikkerhedsniveau har applikationsscenarierne for chassiskomponenter meget høje krav til MCU-frekvens, computerkraft, hukommelseskapacitet, perifer ydeevne, perifer nøjagtighed og andre aspekter. Chassis domæne MCU har dannet en meget høj industribarriere, som har brug for indenlandske MCU-producenter til at udfordre og bryde.
Med hensyn til forsyningskæden, på grund af kravene til høj frekvens og høj computerkraft til kontrolchippen af chassisdomænekomponenterne, stilles der relativt høje krav til processen og processen med waferproduktion. På nuværende tidspunkt ser det ud til, at en proces på mindst 55nm er påkrævet for at opfylde MCU-frekvenskravene over 200MHz. I denne henseende er den indenlandske MCU-produktionslinje ikke komplet og har ikke nået masseproduktionsniveauet. Internationale halvlederproducenter har grundlæggende taget IDM-modellen til sig, hvad angår waferstøberier, er det i øjeblikket kun TSMC, UMC og GF, der har de tilsvarende kapaciteter. Indenlandske chipproducenter er alle Fabless-virksomheder, og der er udfordringer og visse risici i wafer-fremstilling og kapacitetssikring.
I kernescenarier som f.eks. autonom kørsel er traditionelle CPU'er til generelle formål vanskelige at tilpasse til AI-databehandlingskrav på grund af deres lave computereffektivitet, og AI-chips som Gpus, FPgas og ASics har fremragende ydeevne ved kanten og skyen med deres egne egenskaber og er meget brugt. Fra et perspektiv af teknologiske tendenser vil GPU stadig være den dominerende AI-chip på kort sigt, og på lang sigt er ASIC den ultimative retning. Set ud fra markedstendenserne vil den globale efterspørgsel efter AI-chips opretholde et hurtigt vækstmomentum, og cloud- og edge-chips har større vækstpotentiale, og markedsvæksten forventes at være tæt på 50% i de næste fem år. Selvom grundlaget for indenlandsk chipteknologi er svagt, med den hurtige landing af AI-applikationer, skaber den hurtige mængde efterspørgsel efter AI-chip muligheder for teknologi- og kapacitetsvækst hos lokale chipvirksomheder. Autonom kørsel har strenge krav til computerkraft, forsinkelse og pålidelighed. På nuværende tidspunkt bruges GPU+FPGA-løsninger mest. Med stabiliteten af algoritmer og datadrevet forventes ASics at vinde markedsplads.
Der er brug for en masse plads på CPU-chippen til forudsigelse og optimering af grenen, hvilket sparer forskellige tilstande for at reducere latensen af opgaveskift. Dette gør den også mere velegnet til logisk kontrol, seriel drift og generel datadrift. Tag GPU og CPU som et eksempel, sammenlignet med CPU, GPU bruger et stort antal computerenheder og en lang pipeline, kun en meget enkel kontrollogik og eliminer cachen. CPU'en optager ikke kun meget plads af cachen, men har også kompleks kontrollogik og mange optimeringskredsløb, sammenlignet med computerkraften er kun en lille del.
Power domæne kontrol chip
Power domænecontroller er en intelligent drivlinjestyringsenhed. Med CAN/FLEXRAY for at opnå transmissionsstyring, batteristyring, overvågning af generatorregulering, der hovedsageligt bruges til drivlinjeoptimering og kontrol, mens både elektrisk intelligent fejldiagnose intelligent strømbesparelse, buskommunikation og andre funktioner.
(1) Jobkrav
Power-domænekontrol-MCU'en kan understøtte større applikationer inden for strøm, såsom BMS, med følgende krav:
· Høj hovedfrekvens, hovedfrekvens 600MHz~800MHz
· RAM 4MB
· Høje krav til funktionelt sikkerhedsniveau, kan nå ASIL-D niveau;
· Understøtter multi-kanal CAN-FD;
· Understøtter 2G Ethernet;
· Pålidelighed ikke lavere end AEC-Q100 Grade1;
· Støtte firmware-verifikationsfunktion (national hemmelig algoritme);
(2) Ydelseskrav
Høj ydeevne: Produktet integrerer ARM Cortex R5 dual-core lock-step CPU og 4 MB on-chip SRAM for at understøtte de stigende krav til computerkraft og hukommelse i bilapplikationer. ARM Cortex-R5F CPU op til 800MHz. Høj sikkerhed: Køretøjsspecifikationens pålidelighedsstandard AEC-Q100 når Grade 1, og ISO26262 funktionssikkerhedsniveauet når ASIL D. Dual-core låsetrins-CPU kan opnå op til 99 % diagnostisk dækning. Det indbyggede informationssikkerhedsmodul integrerer ægte tilfældige talgenerator, AES, RSA, ECC, SHA og hardwareacceleratorer, der overholder de relevante standarder for stats- og virksomhedssikkerhed. Integrationen af disse informationssikkerhedsfunktioner kan opfylde behovene i applikationer såsom sikker opstart, sikker kommunikation, sikker firmwareopdatering og opgradering.
Kropskontrolchip
Kropsområdet er hovedsageligt ansvarligt for kontrollen af forskellige funktioner i kroppen. Med udviklingen af køretøjet er kropsområdecontrolleren også mere og mere, for at reducere omkostningerne til controlleren, reducere køretøjets vægt, integration skal placere alle de funktionelle enheder, fra den forreste del, midten en del af bilen og den bagerste del af bilen, såsom det bageste bremselys, det bagerste positionslys, bagdørslåsen og endda den dobbelte stang forenet integration i en total controller.
Body area controller integrerer generelt BCM, PEPS, TPMS, Gateway og andre funktioner, men kan også udvide sædejustering, bakspejlskontrol, aircondition kontrol og andre funktioner, omfattende og samlet styring af hver aktuator, rimelig og effektiv allokering af systemressourcer . Funktionerne af en kropsområde-controller er talrige, som vist nedenfor, men er ikke begrænset til dem, der er anført her.
(1) Jobkrav
De vigtigste krav til bilelektronik til MCU-kontrolchips er bedre stabilitet, pålidelighed, sikkerhed, realtids- og andre tekniske egenskaber samt højere computerydelse og lagerkapacitet og lavere strømforbrugsindekskrav. Kropsarealcontrolleren er gradvist gået over fra en decentral funktionel udrulning til en stor controller, der integrerer alle de grundlæggende drev inden for kropselektronik, nøglefunktioner, lys, døre, vinduer osv. Designet af kropsområdekontrolsystemet integrerer belysning, viskervask, central kontroldørlåse, vinduer og andre styringer, PEPS intelligente nøgler, strømstyring osv. Samt gateway CAN, udvidelsesbar CANFD og FLEXRAY, LIN netværk, Ethernet interface og modul udvikling og design teknologi.
Generelt afspejles arbejdskravene for de ovennævnte kontrolfunktioner til MCU-hovedkontrolchippen i kropsområdet hovedsageligt i aspekterne af computer- og behandlingsydeevne, funktionel integration, kommunikationsgrænseflade og pålidelighed. Med hensyn til specifikke krav, på grund af de funktionelle forskelle i forskellige funktionelle anvendelsesscenarier i karrosseriområdet, såsom el-ruder, automatiske sæder, elektrisk bagklap og andre karosseriapplikationer, er der stadig behov for højeffektiv motorstyring, sådanne karrosseriapplikationer kræver MCU til at integrere FOC elektronisk kontrolalgoritme og andre funktioner. Derudover har forskellige applikationsscenarier i kropsområdet forskellige krav til interfacekonfigurationen af chippen. Derfor er det normalt nødvendigt at vælge kropsområdets MCU i overensstemmelse med funktions- og ydeevnekravene i det specifikke applikationsscenarie og på dette grundlag måle produktets omkostningsydelse, leveringsevne og teknisk service og andre faktorer.
(2) Ydelseskrav
De vigtigste referenceindikatorer for MCU-chippen til kropsområdekontrol er som følger:
Ydeevne: ARM Cortex-M4F@ 144MHz, 180DMIPS, indbygget 8KB instruktions-cache-cache, understøttelse af Flash-accelerationsenhedsudførelsesprogram 0 vent.
Krypteret hukommelse med stor kapacitet: op til 512K Bytes eFlash, understøtter krypteret lagring, partitionsstyring og databeskyttelse, understøtter ECC-verifikation, 100.000 slettetider, 10 års dataopbevaring; 144K bytes SRAM, understøtter hardwareparitet.
Integrerede rige kommunikationsgrænseflader: Understøtter multi-channel GPIO, USART, UART, SPI, QSPI, I2C, SDIO, USB2.0, CAN 2.0B, EMAC, DVP og andre grænseflader.
Integreret højtydende simulator: Understøtter 12bit 5Msps højhastigheds ADC, skinne-til-skinne uafhængig operationsforstærker, højhastigheds analog komparator, 12bit 1Msps DAC; Støtte ekstern input uafhængig referencespændingskilde, multi-kanal kapacitiv berøringstast; Højhastigheds DMA controller.
Understøtter intern RC eller ekstern krystal ur input, høj pålidelighed nulstilling.
Indbygget kalibrering RTC-realtidsur, understøtter evigvarende skudårskalender, alarmbegivenheder, periodisk opvågning.
Understøtter timingtæller med høj præcision.
Sikkerhedsfunktioner på hardwareniveau: Hardwareaccelerationsmotor for krypteringsalgoritme, der understøtter AES, DES, TDES, SHA1/224/256, SM1, SM3, SM4, SM7, MD5 algoritmer; Flash-lagerkryptering, multi-user partition management (MMU), TRNG true random number generator, CRC16/32 operation; Understøtter skrivebeskyttelse (WRP), multiple read protection (RDP) niveauer (L0/L1/L2); Support sikkerhedsstart, download af programkryptering, sikkerhedsopdatering.
Understøtte overvågning af urfejl og overvågning mod nedrivning.
96-bit UID og 128-bit UCID.
Meget pålideligt arbejdsmiljø: 1,8V ~ 3,6V/-40℃ ~ 105℃.
(3) Industrielt mønster
Det elektroniske system for kropsområde er i den tidlige vækstfase for både udenlandske og indenlandske virksomheder. Udenlandske virksomheder i såsom BCM, PEPS, døre og vinduer, sædecontroller og andre enkeltfunktionsprodukter har en dyb teknisk ophobning, mens de store udenlandske virksomheder har en bred dækning af produktlinjer, hvilket lægger grundlaget for dem til at lave systemintegrationsprodukter . Indenlandske virksomheder har visse fordele ved anvendelsen af nye energikøretøjer. Tag BYD som et eksempel, i BYDs nye energikøretøj er kropsområdet opdelt i venstre og højre område, og produktet af systemintegration er omarrangeret og defineret. Men med hensyn til kropsområdekontrolchips er hovedleverandøren af MCU stadig Infineon, NXP, Renesas, Microchip, ST og andre internationale chipproducenter, og indenlandske chipproducenter har i øjeblikket en lav markedsandel.
(4) Industribarrierer
Fra kommunikationsperspektivet er der udviklingsprocessen for traditionel arkitektur-hybrid arkitektur - den endelige køretøjscomputerplatform. Ændringen i kommunikationshastigheden, såvel som prisreduktionen af grundlæggende computerkraft med høj funktionel sikkerhed er nøglen, og det er muligt gradvist at realisere kompatibiliteten af forskellige funktioner på det elektroniske niveau af den grundlæggende controller i fremtiden. For eksempel kan kropsområde-controlleren integrere traditionelle BCM-, PEPS- og ripple anti-klemme funktioner. Relativt set er de tekniske barrierer for kropsområdekontrolchippen lavere end strømområdet, cockpitområdet osv., og indenlandske chips forventes at tage føringen i at lave et stort gennembrud i kropsområdet og gradvist realisere indenlandsk substitution. I de seneste år har den indenlandske MCU på markedet for for- og bagmontering af karrosseriområdet haft en meget god udvikling.
Cockpit kontrol chip
Elektrificering, intelligens og netværk har accelereret udviklingen af automobils elektroniske og elektriske arkitektur til retning af domænekontrol, og cockpittet udvikler sig også hurtigt fra køretøjets lyd- og videounderholdningssystem til det intelligente cockpit. Cockpittet er præsenteret med et menneske-computer interaktionsinterface, men uanset om det er det tidligere infotainmentsystem eller det nuværende intelligente cockpit, skal det ud over at have en kraftig SOC med computerhastighed også have en høj-realtids MCU at håndtere datainteraktionen med køretøjet. Den gradvise popularisering af softwaredefinerede køretøjer, OTA og Autosar i det intelligente cockpit gør kravene til MCU-ressourcer i cockpittet stadig højere. Specifikt afspejlet i den stigende efterspørgsel efter FLASH- og RAM-kapacitet, er PIN Count-efterspørgslen også stigende, mere komplekse funktioner kræver stærkere programudførelseskapaciteter, men har også en rigere busgrænseflade.
(1) Jobkrav
MCU i kabineområdet realiserer hovedsageligt systemstrømstyring, starttidsstyring, netværksstyring, diagnose, interaktion med køretøjsdata, nøgle, baggrundslysstyring, lyd-DSP/FM-modulstyring, systemtidsstyring og andre funktioner.
MCU-ressourcekrav:
· Hovedfrekvensen og computerkraften har visse krav, hovedfrekvensen er ikke mindre end 100MHz og computerkraften er ikke mindre end 200DMIPS;
· Flash-lagerplads er ikke mindre end 1 MB, med kode Flash og data Flash fysisk partition;
· RAM ikke mindre end 128KB;
· Høje krav til funktionelt sikkerhedsniveau, kan nå ASIL-B niveau;
· Understøtter multi-kanal ADC;
· Understøtter multi-kanal CAN-FD;
· Køretøjsregulering Grade AEC-Q100 Grade1;
· Support online opgradering (OTA), Flash-understøttelse af dobbeltbank;
· SHE/HSM-lysniveau og over informationskrypteringsmotor er påkrævet for at understøtte sikker opstart;
· Pin Count er ikke mindre end 100 PIN;
(2) Ydelseskrav
IO understøtter bredspændingsstrømforsyning (5.5v~2.7v), IO-port understøtter overspændingsbrug;
Mange signalindgange svinger i henhold til strømforsyningsbatteriets spænding, og overspænding kan forekomme. Overspænding kan forbedre systemets stabilitet og pålidelighed.
Hukommelsesliv:
Bilens livscyklus er mere end 10 år, så bilens MCU-programlagring og datalagring skal have en længere levetid. Programlagring og datalagring skal have separate fysiske partitioner, og programlageret skal slettes færre gange, så Endurance>10K, mens datalageret skal slettes oftere, så det skal have et større antal slettetider . Se data flash-indikatoren Endurance>100K, 15 år (<1K). 10 år (<100.000).
Kommunikation bus interface;
Buskommunikationsbelastningen på køretøjet bliver højere og højere, så den traditionelle CAN KAN ikke længere opfylde kommunikationsefterspørgslen, højhastigheds CAN-FD-busefterspørgslen bliver højere og højere, understøttelse af CAN-FD er efterhånden blevet MCU-standarden .
(3) Industrielt mønster
På nuværende tidspunkt er andelen af indenlandske smart kabine MCU stadig meget lav, og hovedleverandørerne er stadig NXP, Renesas, Infineon, ST, Microchip og andre internationale MCU-producenter. En række indenlandske MCU-producenter har været i layoutet, markedsydelsen mangler at blive set.
(4) Industribarrierer
Det intelligente reguleringsniveau for kabinebiler og det funktionelle sikkerhedsniveau er relativt ikke for højt, primært på grund af ophobningen af know-how og behovet for kontinuerlig produktgentagelse og forbedring. På samme tid, fordi der ikke er mange MCU-produktionslinjer i indenlandske fabrikker, er processen relativt bagud, og det tager en periode at opnå den nationale produktionsforsyningskæde, og der kan være højere omkostninger, og konkurrencepresset med internationale producenter er større.
Anvendelse af indenlandsk kontrolchip
Bilkontrolchips er hovedsageligt baseret på bil-MCU, indenlandske førende virksomheder såsom Ziguang Guowei, Huada Semiconductor, Shanghai Xinti, Zhaoyi Innovation, Jiefa Technology, Xinchi Technology, Beijing Junzheng, Shenzhen Xihua, Shanghai Qipuwei, National Technology osv., MCU-produktsekvenser i bilskala, benchmark oversøiske gigantprodukter, i øjeblikket baseret på ARM-arkitektur. Nogle virksomheder har også udført forskning og udvikling af RISC-V-arkitektur.
På nuværende tidspunkt bruges den indenlandske køretøjskontroldomæne-chip hovedsageligt på frontlastningsmarkedet for biler og er blevet anvendt på bilen i karosseridomænet og infotainment-domænet, mens det stadig er domineret af chassis, power-domæne og andre områder oversøiske chipgiganter som stmicroelectronics, NXP, Texas Instruments og Microchip Semiconductor, og kun få indenlandske virksomheder har realiseret masseproduktionsapplikationer. På nuværende tidspunkt vil den indenlandske chipproducent Chipchi frigive højtydende kontrolchip E3-serieprodukter baseret på ARM Cortex-R5F i april 2022, med funktionelt sikkerhedsniveau, der når ASIL D, temperaturniveau, der understøtter AEC-Q100 Grade 1, CPU-frekvens op til 800MHz , med op til 6 CPU-kerner. Det er det højeste ydeevne produkt i den eksisterende masseproduktions køretøjsmåler MCU, der udfylder hullet i det indenlandske high-end højsikkerhedsniveau køretøjsmåle MCU marked, med høj ydeevne og høj pålidelighed, kan bruges i BMS, ADAS, VCU, af -wire chassis, instrument, HUD, intelligent bakspejl og andre centrale køretøjskontrolfelter. Mere end 100 kunder har taget E3 til produktdesign, herunder GAC, Geely osv.
Anvendelse af indenlandske controller kerneprodukter
Indlægstid: 19-jul-2023
