Контролна класа воведување на чип
Контролниот чип главно се однесува на MCU (Единица за микроконтролер), односно микроконтролерот, исто така познат како единечен чип, треба соодветно да ја намали фреквенцијата и спецификациите на процесорот, а меморијата, тајмерот, конверзијата на A/D, часовникот, I /O порт и сериска комуникација и други функционални модули и интерфејси интегрирани на еден чип. Реализација на функцијата за контрола на терминалот, ги има предностите на високи перформанси, мала потрошувачка на енергија, програмабилна и висока флексибилност.
MCU дијаграм на нивото на мерачот на возилото
Автомобилството е многу важна област за примена на MCU, според податоците на IC Insights, во 2019 година, глобалната апликација MCU во автомобилската електроника сочинуваше околу 33%. Бројот на MCUS што ги користи секој автомобил во моделите од високата класа е близу 100, од компјутери за возење, LCD инструменти, до мотори, шасија, големи и мали компоненти во автомобилот имаат потреба од контрола на MCU.
Во раните денови, 8-битниот и 16-битниот MCUS главно се користеа во автомобилите, но со постојаното подобрување на електронизацијата и интелигенцијата на автомобилите, бројот и квалитетот на потребниот MCUS исто така се зголемуваат. Во моментов, процентот на 32-битен MCUS во автомобилскиот MCUS достигна околу 60%, од кои јадрото на серијата Cortex на ARM, поради неговата ниска цена и одличната контрола на моќноста, е главниот избор на производителите на автомобилски MCU.
Главните параметри на автомобилската MCU вклучуваат работен напон, работна фреквенција, капацитет на блиц и RAM меморија, модул за тајмер и број на канал, ADC модул и број на канал, тип и број на сериски интерфејс за комуникација, број на влезна и излезна влезна/излезна порта, работна температура, пакет форма и функционално ниво на безбедност.
Поделено со битови на процесорот, автомобилскиот MCUS главно може да се подели на 8 бита, 16 бита и 32 бита. Со надградбата на процесот, цената на 32-битниот MCUS продолжува да паѓа и сега стана мејнстрим и постепено ги заменува апликациите и пазарите на кои доминираше 8/16-битен MCUS во минатото.
Ако се подели според полето за апликација, автомобилската MCU може да се подели на доменот на каросеријата, доменот на моќност, доменот на шасијата, доменот на кокпитот и доменот за интелигентно возење. За доменот на кокпитот и доменот на интелигентниот погон, MCU треба да има висока компјутерска моќ и надворешни комуникациски интерфејси со голема брзина, како што се CAN FD и Ethernet. Доменот на телото бара и голем број надворешни комуникациски интерфејси, но барањата за компјутерска моќност на MCU се релативно ниски, додека доменот на моќност и доменот на шасијата бараат повисоки работни температури и нивоа на функционална безбедност.
Чип за контрола на доменот на шасијата
Доменот на шасијата е поврзан со возењето на возилото и е составен од систем за пренос, систем за возење, систем за управување и систем за сопирање. Тој е составен од пет потсистеми, имено управување, сопирање, менување, гас и систем за потпирање. Со развојот на автомобилската интелигенција, препознавањето на перцепцијата, планирањето на одлуките и извршувањето на контролата на интелигентните возила се основните системи на доменот на шасијата. Управување по жица и возење по жица се основните компоненти за извршниот крај на автоматското возење.
(1) Барања за работа
ECU доменот на шасијата користи функционална безбедносна платформа со високи перформанси, скалабилна и поддржува групирање сензори и инерцијални сензори со повеќе оски. Врз основа на ова сценарио за апликација, следните барања се предложени за доменот на шасијата MCU:
· Барања за висока фреквенција и висока компјутерска моќност, главната фреквенција не е помала од 200 MHz, а компјутерската моќност не е помала од 300 DMIPS
· Флеш простор за складирање не е помал од 2MB, со код Flash и податоци Flash физичка партиција;
· RAM меморија не помала од 512KB;
· Барања за високо функционално безбедносно ниво, може да го достигне нивото ASIL-D;
· Поддржува 12-битен прецизен ADC;
· Поддржува 32-битен тајмер со висока прецизност и висока синхронизација;
· Поддршка на повеќеканален CAN-FD;
· Поддршка не помала од 100M Ethernet;
· Доверливост не помала од AEC-Q100 Grade1;
· Поддршка онлајн надградба (OTA);
· Поддршка за проверка на функцијата на фирмверот (национален таен алгоритам);
(2) Барања за изведба
· Дел од јадрото:
I. Основна фреквенција: односно часовната фреквенција кога работи кернелот, која се користи за претставување на брзината на осцилацијата на дигиталниот импулсен сигнал на јадрото, а главната фреквенција не може директно да ја претставува брзината на пресметка на кернелот. Брзината на работа на кернелот е исто така поврзана со цевководот на јадрото, кешот, множеството инструкции итн.
II. Пресметувачка моќ: DMIPS обично може да се користи за евалуација. DMIPS е единица која ги мери релативните перформанси на интегрираната репер програма MCU кога се тестира.
· Параметри на меморија:
I. Код меморија: меморија што се користи за складирање на код;
II. Меморија на податоци: меморија што се користи за складирање на податоци;
III.RAM: Меморија што се користи за складирање на привремени податоци и код.
· Комуникациски автобус: вклучувајќи автомобилски специјален автобус и конвенционален комуникациски автобус;
· Високопрецизни периферни уреди;
· Работна температура;
(3) Индустриски модел
Бидејќи електричната и електронската архитектура што ја користат различни производители на автомобили ќе се разликуваат, барањата за компонентите за доменот на шасијата ќе се разликуваат. Поради различната конфигурација на различни модели од иста фабрика за автомобили, изборот на ECU на областа на шасијата ќе биде различен. Овие разлики ќе резултираат со различни барања за MCU за доменот на шасијата. На пример, Honda Accord користи три MCU чипови во доменот на шасијата, а Audi Q7 користи околу 11 MCU чипови во доменот на шасијата. Во 2021 година, производството на патнички автомобили од кинеска марка е околу 10 милиони, од кои просечната побарувачка за доменот за велосипедска шасија MCUS е 5, а вкупниот пазар достигна околу 50 милиони. Главните добавувачи на MCUS низ доменот на шасијата се Infineon, NXP, Renesas, Microchip, TI и ST. Овие пет меѓународни продавачи на полупроводници сочинуваат повеќе од 99% од пазарот на доменот за шасија MCUS.
(4) Индустриски бариери
Од клучна техничка гледна точка, компонентите на доменот на шасијата како што се EPS, EPB, ESC се тесно поврзани со животната безбедност на возачот, така што функционалното ниво на безбедност на доменот на шасијата MCU е многу високо, во основа ASIL-D барања на ниво. Ова функционално безбедносно ниво на MCU е празно во Кина. Покрај функционалното ниво на безбедност, апликативните сценарија на компонентите на шасијата имаат многу високи барања за фреквенција на MCU, компјутерска моќ, капацитет на меморија, периферни перформанси, периферна точност и други аспекти. Доменот на шасијата MCU формираше многу висока индустриска бариера, која има потреба од домашните производители на MCU да ги предизвикаат и да ја скршат.
Во однос на синџирот на снабдување, поради барањата за висока фреквенција и висока компјутерска моќ за контролниот чип на компонентите на доменот на шасијата, се поставуваат релативно високи барања за процесот и процесот на производство на нафора. Во моментов, се чини дека е потребен процес од најмалку 55 nm за да се задоволат барањата за фреквенција на MCU над 200 MHz. Во овој поглед, домашната производна линија MCU не е комплетна и не го достигна нивото на масовно производство. Меѓународните производители на полупроводници во основа го усвоија моделот IDM, во однос на леарниците за нафора, моментално само TSMC, UMC и GF ги имаат соодветните способности. Домашните производители на чипови се сите Fabless компании и постојат предизвици и одредени ризици во производството на нафора и обезбедувањето капацитет.
Во основните компјутерски сценарија како што е автономното возење, традиционалниот процесор за општа намена е тешко да се прилагодат на барањата за пресметување со вештачка интелигенција поради нивната ниска компјутерска ефикасност, а чиповите со вештачка интелигенција како што се Gpus, FPgas и ASics имаат одлични перформанси на работ и облак со сопствените карактеристики и се широко користени. Од гледна точка на технолошките трендови, графичкиот процесор сè уште ќе биде доминантен чип со вештачка интелигенција на краток рок, а на долг рок, ASIC е крајната насока. Од перспектива на пазарните трендови, глобалната побарувачка за чипови со вештачка интелигенција ќе одржи брз импулс на раст, а облакот и чиповите на работ имаат поголем потенцијал за раст, а стапката на раст на пазарот се очекува да биде близу 50% во следните пет години. Иако основата на домашната технологија за чипови е слаба, со брзото слетување на апликациите за вештачка интелигенција, брзиот обем на побарувачка за чипови со вештачка интелигенција создава можности за технологија и раст на капацитетите на локалните претпријатија со чипови. Автономното возење има строги барања за компјутерска моќ, доцнење и доверливост. Во моментов најмногу се користат решенијата GPU+FPGA. Со стабилноста на алгоритмите и водени од податоци, ASics се очекува да добијат простор на пазарот.
Потребен е многу простор на чипот на процесорот за предвидување и оптимизација на гранките, заштедувајќи различни состојби за да се намали доцнењето на префрлување задачи. Ова исто така го прави посоодветен за логичка контрола, сериско работење и оперирање со податоци од општ тип. Земете ги графичкиот процесор и процесорот како пример, во споредба со процесорот, графичкиот процесор користи голем број компјутерски единици и долга линија, само многу едноставна контролна логика и елиминирање на кешот. Процесорот не само што зафаќа многу простор од кешот, туку има и комплексна контролна логика и многу кола за оптимизација, во споредба со компјутерската моќност е само мал дел.
Чип за контрола на доменот на моќност
Контролерот на моќниот домен е интелигентна единица за управување со погонската група. Со CAN/FLEXRAY за да се постигне управување со пренос, управување со батерии, следење регулација на алтернаторот, главно се користи за оптимизација и контрола на погонската група, додека и двете електрични интелигентни дијагностицираат дефекти интелигентно заштеда на енергија, комуникација со автобус и други функции.
(1) Барања за работа
Контролата на доменот за напојување MCU може да поддржува големи апликации на моќ, како што е BMS, со следниве барања:
· Висока главна фреквенција, главна фреквенција 600MHz~800MHz
· RAM меморија 4MB
· Барања за високо функционално безбедносно ниво, може да го достигне нивото ASIL-D;
· Поддршка на повеќеканален CAN-FD;
· Поддршка 2G Ethernet;
· Доверливост не помала од AEC-Q100 Grade1;
· Поддршка за проверка на функцијата на фирмверот (национален таен алгоритам);
(2) Барања за изведба
Високи перформанси: Производот го интегрира процесорот ARM Cortex R5 со двојадрен lock-step и 4MB SRAM на чип за поддршка на зголемената компјутерска моќ и барања за меморија на автомобилските апликации. CPU ARM Cortex-R5F до 800 MHz. Висока безбедност: Стандардот за доверливост на спецификациите на возилото AEC-Q100 достигнува Степен 1, а функционалното ниво на безбедност ISO26262 достигнува ASIL D. Процесорот со чекор за блокирање со две јадра може да постигне до 99% дијагностичка покриеност. Вградениот модул за безбедност на информациите интегрира вистински генератор на случаен број, AES, RSA, ECC, SHA и хардверски акцелератори кои се во согласност со релевантните стандарди за државна и деловна безбедност. Интеграцијата на овие функции за безбедност на информации може да ги задоволи потребите на апликациите како безбедно стартување, безбедна комуникација, безбедно ажурирање и надградба на фирмверот.
Чип за контрола на областа на телото
Областа на телото е главно одговорна за контрола на различни функции на телото. Со развојот на возилото, контролорот на површината на телото е исто така се повеќе и повеќе, со цел да се намалат трошоците за контролорот, да се намали тежината на возилото, интеграцијата треба да ги стави сите функционални уреди, од предниот дел, средината дел од автомобилот и задниот дел од автомобилот, како што се задното стоп светло, светлото за задна положба, бравата на задната врата, па дури и двојната шипка за задржување унифицирана интеграција во целосен контролер.
Контролорот на површината на телото генерално ги интегрира BCM, PEPS, TPMS, Gateway и други функции, но исто така може да го прошири прилагодувањето на седиштата, контролата на ретровизорот, контролата на климатизацијата и другите функции, сеопфатно и унифицирано управување со секој погон, разумна и ефективна распределба на системските ресурси . Функциите на контролорот за областа на телото се многубројни, како што е прикажано подолу, но не се ограничени на оние наведени овде.
(1) Барања за работа
Главните барања на автомобилската електроника за контролните чипови на MCU се подобра стабилност, доверливост, безбедност, во реално време и други технички карактеристики, како и повисоки компјутерски перформанси и капацитет за складирање и пониски барања за индекс на потрошувачка на енергија. Контролорот на површината на телото постепено премина од децентрализирано функционално распоредување на голем контролер што ги интегрира сите основни погони на електрониката на телото, клучните функции, светлата, вратите, прозорците итн. Дизајнот на системот за контрола на површината на телото интегрира осветлување, миење бришачи, централно контрола на бравите на вратите, Windows и други контроли, интелигентни клучеви PEPS, управување со енергија, итн.
Општо земено, работните барања на горенаведените контролни функции за главниот контролен чип MCU во областа на телото главно се рефлектираат во аспектите на перформансите на пресметување и обработка, функционална интеграција, комуникациски интерфејс и доверливост. Во однос на специфичните барања, поради функционалните разлики во различните сценарија за функционална примена во областа на телото, како што се електрични прозорци, автоматски седишта, електрична задна врата и други апликации на каросеријата, сè уште постојат потреби за контрола на моторот со висока ефикасност, таквите апликации на каросеријата бараат MCU за интегрирање на FOC електронски контролен алгоритам и други функции. Дополнително, различните сценарија за апликација во областа на телото имаат различни барања за конфигурацијата на интерфејсот на чипот. Затоа, обично е неопходно да се избере MCU површината на телото според функционалните и изведбените барања на специфичното апликативно сценарио, и врз основа на тоа, сеопфатно да се измерат перформансите на трошоците на производот, способноста за снабдување и техничката услуга и други фактори.
(2) Барања за изведба
Главните референтни индикатори на чипот MCU за контрола на површината на телото се како што следува:
Перформанси: ARM Cortex-M4F@ 144MHz, 180DMIPS, вграден кеш за инструкции од 8KB, поддршка програма за извршување на единицата за забрзување блиц 0 чекај.
Шифрирана меморија со голем капацитет: до 512K бајти eFlash, поддршка за шифрирано складирање, управување со партиции и заштита на податоци, поддршка за проверка на ECC, 100.000 пати на бришење, 10 години задржување на податоците; 144K бајти SRAM, поддржува паритет на хардверот.
Интегрирани богати комуникациски интерфејси: Поддржете повеќеканални GPIO, USART, UART, SPI, QSPI, I2C, SDIO, USB2.0, CAN 2.0B, EMAC, DVP и други интерфејси.
Интегриран симулатор со високи перформанси: Поддржува 12 битен 5Msps со голема брзина ADC, независен оперативен засилувач од железница до железница, аналоген компаратор со голема брзина, 12 битен 1Msps DAC; Поддржува надворешен влез независен извор на референтен напон, повеќеканален капацитивен копче на допир; DMA контролер со голема брзина.
Поддржете внатрешен RC или надворешен влез на кристален часовник, ресетирање со висока доверливост.
Вградена калибрација RTC часовник во реално време, поддршка за постојан календар за престапна година, настани за аларм, периодично будење.
Поддржете го бројачот за тајминг со висока прецизност.
Безбедносни карактеристики на хардверско ниво: Мотор за хардверско забрзување со алгоритам за шифрирање, со поддршка на алгоритми AES, DES, TDES, SHA1/224/256, SM1, SM3, SM4, SM7, MD5; Шифрирање на флеш меморија, управување со повеќекориснички партиции (MMU), генератор на вистински случаен број TRNG, операција CRC16/32; Поддршка за заштита од пишување (WRP), повеќекратна заштита од читање (RDP) нивоа (L0/L1/L2); Поддржете безбедносно стартување, преземање шифрирање на програма, безбедносно ажурирање.
Поддржете го следењето на неуспехот на часовникот и следењето против уривање.
96-битен UID и 128-битен UCID.
Високо сигурна работна средина: 1,8V ~ 3,6V/-40℃ ~ 105℃.
(3) Индустриски модел
Електронскиот систем во областа на телото е во рана фаза на раст и за странските и за домашните претпријатија. Странските претпријатија како што се BCM, PEPS, вратите и прозорците, контролорот на седиштата и другите еднофункционални производи имаат длабока техничка акумулација, додека големите странски компании имаат широк опсег на производни линии, поставувајќи ја основата за нив да прават производи за системска интеграција . Домашните претпријатија имаат одредени предности во примената на каросеријата на возилото со нова енергија. Земете го BYD како пример, во новото енергетско возило на BYD, површината на телото е поделена на левата и десната област, а производот од системската интеграција е преуреден и дефиниран. Сепак, во однос на чиповите за контрола на површината на телото, главниот снабдувач на MCU сè уште е Infineon, NXP, Renesas, Microchip, ST и други меѓународни производители на чипови, а домашните производители на чипови моментално имаат низок удел на пазарот.
(4) Индустриски бариери
Од гледна точка на комуникацијата, постои процес на еволуција на традиционалната архитектура-хибридна архитектура-последната компјутерска платформа за возила. Промената на брзината на комуникација, како и намалувањето на цената на основната компјутерска моќ со висока функционална безбедност е клучот, а можно е во иднина постепено да се реализира компатибилноста на различни функции на електронско ниво на основниот контролер. На пример, контролорот на површината на телото може да ги интегрира традиционалните функции за BCM, PEPS и бранување против штипкање. Релативно кажано, техничките бариери на чипот за контрола на областа на телото се пониски од областа за напојување, областа на кокпитот итн., а домашните чипови се очекува да преземат водство во правењето голем пробив во областа на телото и постепено да реализираат домашна замена. Во последниве години, домашниот MCU на пазарот за монтирање на предната и задната површина на телото има многу добар развој.
Чип за контрола на кокпитот
Електрификацијата, интелигенцијата и вмрежувањето го забрзаа развојот на автомобилската електронска и електрична архитектура во насока на контрола на доменот, а кокпитот исто така брзо се развива од аудио и видео забавниот систем на возилото до интелигентниот кокпит. Кокпитот е претставен со интерфејс за интеракција човек-компјутер, но без разлика дали се работи за претходниот инфозабавен систем или сегашната интелигентна пилотска кабина, покрај тоа што има моќен SOC со брзина на пресметување, му треба и MCU во високо реално време за да се справи со интеракцијата на податоците со возилото. Постепената популаризација на софтверски дефинираните возила, OTA и Autosar во интелигентниот кокпит ги прави барањата за ресурсите на MCU во кокпитот сè повисоки. Специфично одразено во зголемената побарувачка за капацитет на FLASH и RAM меморија, побарувачката за број на PIN исто така се зголемува, посложените функции бараат посилни способности за извршување на програмата, но имаат и побогат магистрален интерфејс.
(1) Барања за работа
MCU во областа на кабината главно реализира системско управување со енергијата, управување со времето на вклучување, управување со мрежа, дијагноза, интеракција со податоци за возилото, клуч, управување со позадинско осветлување, управување со аудио DSP/FM модул, управување со времето на системот и други функции.
Барања за ресурси на MCU:
· Главната фреквенција и компјутерската моќ имаат одредени барања, главната фреквенција не е помала од 100MHz и компјутерската моќност не е помала од 200DMIPS;
· Флеш простор за складирање не е помал од 1MB, со код Flash и податоци Flash физичка партиција;
· RAM меморија не помала од 128KB;
· Барања за високо функционално ниво на безбедност, може да достигне ниво ASIL-B;
· Поддршка на повеќеканален ADC;
· Поддршка на повеќеканален CAN-FD;
· Регулација на возилото Степен AEC-Q100 Степен 1;
· Поддршка онлајн надградба (OTA), Flash поддршка двојна банка;
· Потребен е мотор за шифрирање на информации за ниво на светлина SHE/HSM за да се поддржи безбедно стартување;
· Бројот на пинови не е помал од 100 PIN;
(2) Барања за изведба
IO поддржува напојување со широк напон (5,5v~2,7v), IO портот поддржува употреба на пренапон;
Многу влезови на сигнал флуктуираат според напонот на батеријата за напојување и може да дојде до пренапон. Пренапонот може да ја подобри стабилноста и доверливоста на системот.
Животот на меморијата:
Животниот циклус на автомобилот е повеќе од 10 години, така што складирањето на програмата MCU на автомобилот и складирањето податоци треба да имаат подолг животен век. Складирањето на програмите и складирањето податоци треба да имаат посебни физички партиции, а складиштето на програмата треба да се брише помалку пати, така што Endurance>10K, додека складирањето на податоците треба почесто да се брише, така што треба да има поголем број пати на бришење . Погледнете го индикаторот за блиц на податоци Издржливост>100K, 15 години (<1K). 10 години (<100 илјади).
Интерфејс за комуникациски автобус;
Оптоварувањето на автобусот за комуникација на возилото станува сè поголемо и повисоко, така што традиционалниот CAN CAN повеќе не ја задоволува побарувачката за комуникација, побарувачката за брзи CAN-FD автобус станува се поголема и повисока, поддршката CAN-FD постепено стана стандард MCU .
(3) Индустриски модел
Во моментов, уделот на домашната паметна кабина MCU е сè уште многу низок, а главни добавувачи сè уште се NXP, Renesas, Infineon, ST, Microchip и други меѓународни производители на MCU. Голем број домашни производители на MCU беа во изгледот, перформансите на пазарот останува да се видат.
(4) Индустриски бариери
Нивото на интелигентна регулација на кабината и нивото на функционална безбедност се релативно не премногу високи, главно поради акумулацијата на знаење и потребата за континуирано повторување и подобрување на производот. Во исто време, бидејќи нема многу производни линии на MCU во домашните фабрики, процесот е релативно заостанат и потребно е одреден временски период за да се постигне националниот синџир на снабдување со производство, а може да има повисоки трошоци и притисокот на конкуренцијата со меѓународните производители е поголема.
Примена на чип за домашна контрола
Чиповите за контрола на автомобили главно се засноваат на автомобилски MCU, домашните водечки претпријатија како што се Ziguang Guowei, Huada Semiconductor, Shanghai Xinti, Zhaoyi Innovation, Jiefa Technology, Xinchi Technology, Beijing Junzheng, Shenzhen Xihua, Shanghai Qipuwei, National Technology итн., сите имаат Секвенци на производи MCU во размер на автомобили, репер за џиновски производи во странство, моментално базирани на архитектурата на ARM. Некои претпријатија, исто така, извршија истражување и развој на архитектурата RISC-V.
Во моментов, домашниот чип на доменот за контрола на возилото главно се користи на пазарот на автомобилски предно товарење и се применува на автомобилот во доменот на каросеријата и доменот на инфозабава, додека во доменот на шасијата, моќноста и другите области, сè уште доминира Странските чипови гиганти како што се stmicroelectronics, NXP, Texas Instruments и Microchip Semiconductor, а само неколку домашни претпријатија имаат реализирано апликации за масовно производство. Во моментов, домашниот производител на чипови Chipchi ќе објави производи од серијата за контрола на чипови со високи перформанси E3 базирани на ARM Cortex-R5F во април 2022 година, со ниво на функционална безбедност достигнувајќи ASIL D, ниво на температура поддржува AEC-Q100 Степен 1, фреквенција на процесорот до 800 MHz , со до 6 јадра на процесорот. Тој е производ со највисоки перформанси во постојниот манометар за возила за масовно производство MCU, пополнувајќи ја празнината на домашниот пазар на високо ниво на високо безбедносно ниво на возила MCU, со високи перформанси и висока доверливост, може да се користи во BMS, ADAS, VCU, со -жица шасија, инструмент, HUD, интелигентен ретровизор и други основни контролни полиња на возилото. Повеќе од 100 клиенти го усвоија E3 за дизајн на производи, вклучувајќи ги GAC, Geely итн.
Примена на домашни контролер основни производи
Време на објавување: 19 јули 2023 година
