汽車(chē)MCU演繹四大發(fā)展趨勢(shì)

過(guò)去幾年里，平均一部汽車(chē)大約會(huì)用到20顆MCU，而現(xiàn)在汽車(chē)中使用的MCU數(shù)量已達(dá)40-60顆，部分高檔轎車(chē)MCU數(shù)量已經(jīng)達(dá)到上百顆。2004年，全球汽車(chē)半導(dǎo)體的收入是160億美元，其中汽車(chē)MCU的銷(xiāo)售收入就占到34%。據(jù)預(yù)測(cè)，2005年，汽車(chē)MCU所占比例還將保持這一數(shù)字。 

　　目前，汽車(chē)MCU已經(jīng)進(jìn)入汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)、汽車(chē)安防系統(tǒng)、汽車(chē)娛樂(lè)系統(tǒng)、汽車(chē)導(dǎo)航與遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，這些系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)MCU提出了不同的要求，推動(dòng)汽車(chē)MCU不斷發(fā)展。汽車(chē)MCU在提高性能的同時(shí)，在應(yīng)用上也將以不同于消費(fèi)、通信中的應(yīng)用模式演繹新的發(fā)展，助力汽車(chē)向更節(jié)能、更安全和更舒適方向發(fā)展。 

　　高、中、低端MCU同時(shí)共存于汽車(chē)應(yīng)用 

　　受汽車(chē)制造和電子控制系統(tǒng)的雙重推動(dòng)，全球汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)呈快速發(fā)展勢(shì)態(tài)。據(jù)Strategy Analytics估計(jì)，到2011年，每輛汽車(chē)中半導(dǎo)體產(chǎn)品將增加到265美元。而到那時(shí)全球汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)會(huì)達(dá)到213億美元的市場(chǎng)規(guī)模，CAAGR為8.5%，在中國(guó)，這一數(shù)字會(huì)達(dá)到21%！ 

　　MCU是汽車(chē)電子中的核心部件，由于它在汽車(chē)電子中實(shí)現(xiàn)的功能呈現(xiàn)多樣性，從簡(jiǎn)單的車(chē)燈控制到復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)控制、汽車(chē)遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn)，高、中、低端MCU在汽車(chē)中都可以發(fā)揮作用，可以共存于一個(gè)系統(tǒng)中。圖1是Strategy Analytics分析的高、中、低端MCU在汽車(chē)電子中應(yīng)用的現(xiàn)狀和趨勢(shì)。 

　　從這個(gè)分析中，我們也可以看出，高、中、低端MCU未來(lái)幾年在汽車(chē)中的應(yīng)用的格局與現(xiàn)在差別不大。就高、中、低端MCU的具體應(yīng)用而言，其本身又分化為高、中、低端應(yīng)用產(chǎn)品，這里的高、中、低端指集成的功能、性能而言。Strategy Analytics認(rèn)為在未來(lái)應(yīng)用中8位MCU的應(yīng)用集中在中、低端，32位MCU的應(yīng)用集中在高端。 

　　Microchip亞太區(qū)汽車(chē)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Chris Appleton指出：“從批運(yùn)數(shù)量來(lái)看是低端MCU占據(jù)主導(dǎo)地位，雖然高端MCU不斷進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，但8位MCU的增長(zhǎng)速度超過(guò)32位MCU的增長(zhǎng)速度，針對(duì)8位的新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，成為推動(dòng)8位MCU增長(zhǎng)的動(dòng)力。所以每個(gè)供應(yīng)商都把發(fā)展8位MCU作為重點(diǎn)。” 

　　未來(lái)中國(guó)汽車(chē)電子市場(chǎng)將保持高速增長(zhǎng)，富士通公司市場(chǎng)部副總經(jīng)理鄭國(guó)威認(rèn)為由于中國(guó)工程師缺乏高端MCU應(yīng)用（如汽車(chē)動(dòng)力和ABS等方面）的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)， 所以他認(rèn)為中國(guó)汽車(chē)電子市場(chǎng)低端MCU會(huì)占據(jù)主導(dǎo)。英飛凌工業(yè)與多元化電子事業(yè)部高級(jí)總監(jiān)石敬巖也表示中國(guó)汽車(chē)電子應(yīng)用多受成本驅(qū)動(dòng)，所以主要以低端MCU應(yīng)用為主。 

　　多種方法助力MCU的性能提升 

　　隨著對(duì)汽車(chē)舒適性，安全性的需求提升，以及對(duì)汽車(chē)節(jié)能、混合動(dòng)力等新需求的涌現(xiàn)，汽車(chē)MCU的性能要求不斷提高。各供應(yīng)商在提高汽車(chē)MCU性能方面各顯神通。瑞薩半導(dǎo)體管理（中國(guó)）有限公司汽車(chē)電子行銷(xiāo)中心總經(jīng)理崛田慎吉表示：“瑞薩利用基于先進(jìn)工藝和片上高速閃存的高速設(shè)計(jì)來(lái)提高M(jìn)CU的運(yùn)行速度。其他的方法有加入FPU（單/雙精確浮點(diǎn)單元），加入MAC（乘加指令）等。” Microchip的Chris Appleton強(qiáng)調(diào)：“提高M(jìn)CU性能的方法很多 ，從改變架構(gòu)到集成外設(shè)到提高工作頻率等都可以，但性能提升還要考慮成本折中問(wèn)題，我們的DSPIC DSC系列就增加了對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的支持。”他表示其他提升MCU的方法有利用工藝進(jìn)步給MCU增加更多集成來(lái)實(shí)現(xiàn)。 

　　富士通公司市場(chǎng)部副總經(jīng)理鄭國(guó)威則表示給MCU增加DSP功能僅是提高其性能的一種做法，富士通通過(guò)把一些控制算法交給硬件邏輯去完成來(lái)降低MCU的工作量，從而達(dá)到提升MCU性能的目的。 

　　英飛凌的石敬巖表示由于英飛凌在汽車(chē)電子方面可以提供傳感器、MCU和功率器件，所以英飛凌尋求通過(guò)智能分割和優(yōu)化總線系統(tǒng)的方法來(lái)提升整個(gè)系統(tǒng)的性能。具體而言，英飛凌除了提高M(jìn)CU的頻率外，還通過(guò)智能的優(yōu)化外設(shè)和外設(shè)控制處理器來(lái)分擔(dān)MCU在數(shù)據(jù)處理方面的工作量。英飛凌的32位的TriCore架構(gòu)就包含了uC、RISC和DSP特性。 

　　MCU的集成度進(jìn)一步提高 

　　隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，汽車(chē)MCU的集成度將進(jìn)一步提高。各供應(yīng)商在集成策略上差別不大，主要是集成器件的數(shù)量的差異。Freescale亞太區(qū)汽車(chē)電子市場(chǎng)總監(jiān)楊飛表示：“Freescale倡導(dǎo)智能化分立器件的概念，即SMARTMOS，其中之一是把MCU和功率器件集成。這可以叫做分布式控制（IDC），它把模擬器件和標(biāo)準(zhǔn)MCU結(jié)合起來(lái)。它給客戶(hù)帶來(lái)的好處包括減少PCB板面積，減少外圍器件、縮短開(kāi)發(fā)周期、降低成本等。”他強(qiáng)調(diào)IDC主要是應(yīng)用于下一代的車(chē)身控制，如車(chē)燈、車(chē)窗、車(chē)鏡、車(chē)鎖等應(yīng)用。他還表示，針對(duì)有關(guān)汽車(chē)安全的應(yīng)用，如胎壓檢測(cè)系統(tǒng)（TPMS），F(xiàn)reescale則提供另外一種集成方案，就是系統(tǒng)級(jí)封裝方案（SIP），在該方案中，整個(gè)芯片包括MCU、壓力傳感器、射頻發(fā)送器、運(yùn)動(dòng)感應(yīng)或定位裝置等。如圖2所示。目前Freescale已提供該芯片的樣片。 

 　　英飛凌的石敬巖表示：“CAN、LIN協(xié)議已經(jīng)被認(rèn)可，未來(lái)FlexRay也會(huì)被采用，這些都會(huì)集成進(jìn)MCU中，除了這些英飛凌還將集成嵌入式電壓調(diào)節(jié)器、振蕩器等以為汽車(chē)電子系統(tǒng)供應(yīng)商降低成本。”瑞薩的崛田慎吉表示：“對(duì)于車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，瑞薩的MCU提供CAN或LIN接口，對(duì)于線控安全和FlexRay，瑞薩加入到汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)制訂組織中，積極推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的制訂以及將標(biāo)準(zhǔn)在產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)。瑞薩在2004年加入汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)（AUTOSAR）組織和日本汽車(chē)軟件平臺(tái)和架構(gòu)（JasPar）組織，這兩個(gè)組織致力于為汽車(chē)控制系統(tǒng)制訂標(biāo)準(zhǔn)化的軟件和模塊接口。” 

　　Microchip的Chris Appleton指出：“對(duì)于網(wǎng)絡(luò)化的汽車(chē)，給MCU集成通信模塊如UART、LIN或CAN是必須的，此外，集成模擬功能如A/D轉(zhuǎn)換器、振蕩器、BOR等可以幫助工程師在增加功能的同時(shí)降低成本和占位面積。Microchip越來(lái)越多的汽車(chē)MCU中很多集成了外設(shè)以支持CAN和LIN總線協(xié)議。”富士通的鄭國(guó)威表示富士通已經(jīng)有集成CAN、LIN和UART，集成FlexRay的單芯片正在開(kāi)發(fā)中。

　　Flash MCU的發(fā)展 

　　目前，Flash MCU已經(jīng)成為汽車(chē)MCU的主流，在響應(yīng)終端用戶(hù)和市場(chǎng)變化方面，在降低MCU因軟件代碼變化而閑置方面、在增加軟件開(kāi)發(fā)和測(cè)試時(shí)間方面，Flash MCU都有巨大的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)各供應(yīng)商在開(kāi)發(fā)下一代Flash MCU方面的策略和重點(diǎn)略有不同。 

　　瑞薩科技在大容量flash MCU方面一直領(lǐng)先，目前其SH7059, 80MHz MCU的flash容量達(dá)1.5MB，為目前最高的。瑞薩的崛田慎吉表示：“瑞薩開(kāi)發(fā)的下一代flash MCU的外形更小，其讀速達(dá)100Mhz，每Mb的編程速度為5到10秒。”數(shù)據(jù)保持、讀速、編程速度和芯片尺寸是瑞薩最關(guān)注的。 

　　而英飛凌則將最先進(jìn)的工藝技術(shù)用于flash，其最新的32位引擎控制MCU中的flash將采用0.13um工藝技術(shù)。英飛凌的石敬巖表示：“flash的質(zhì)量是最受關(guān)注的，英飛凌倡導(dǎo)零缺陷文化，以嚴(yán)格的測(cè)試規(guī)范確保其質(zhì)量。”除此之外，英飛凌還在研究將MRAM、NROM引如汽車(chē)MCU的可能性。 

　　Microchip的Chris Appleton表示：“數(shù)據(jù)保持、耐久度、編程時(shí)間和成本是我們關(guān)心的。Microchip以專(zhuān)有的PEEC 單元技術(shù)作為8位和16位MCU flash的工藝基礎(chǔ)。” 

　　富士通的鄭國(guó)威表示：“富士通關(guān)注flash MCU的數(shù)據(jù)保持期限、擦除/寫(xiě)入周期、是否支持板上編程等。隨著汽車(chē)應(yīng)用日益復(fù)雜，flash的容量也需要增大，我們也注意增大flash的容量。” 

　　未來(lái)汽車(chē)MCU的應(yīng)用開(kāi)發(fā) 

　　中國(guó)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的呂京建表示：“未來(lái)有關(guān)汽車(chē)電子規(guī)范越來(lái)越多，越來(lái)越復(fù)雜。汽車(chē)MCU要適應(yīng)這些不斷變化的規(guī)范和需求就必須走Soc化的路子，具體而言，就是基于SoC的應(yīng)用成為汽車(chē)電子的目標(biāo)，汽車(chē)電子功能的實(shí)現(xiàn)也將板級(jí)實(shí)現(xiàn)向芯片實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。在開(kāi)發(fā)初期，通過(guò)FPGA上的IP內(nèi)核重構(gòu)實(shí)現(xiàn)功能，然后再將FPGA轉(zhuǎn)化成ASIC，進(jìn)行批量的生產(chǎn)。當(dāng)然，這些產(chǎn)品在使用前要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試。” 

　　他表示這樣開(kāi)發(fā)的好處是可以快度地響應(yīng)市場(chǎng)需求，對(duì)中國(guó)IC設(shè)計(jì)公司而言，這可以開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。他也表示未來(lái)因?yàn)槠?chē)產(chǎn)品關(guān)乎人的生命安全，所以對(duì)汽車(chē)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)要講求可靠性。 

　　為確保汽車(chē)MCU開(kāi)發(fā)方面的可靠性，汽車(chē)工業(yè)軟件可靠性聯(lián)會(huì)MISRA (The Motor Industry Software Reliability Association) 發(fā)布了MISRA C Coding Standard，這一標(biāo)準(zhǔn)中包括了127條C語(yǔ)言編碼標(biāo)準(zhǔn)，通常認(rèn)為，如果能夠完全遵守這些標(biāo)準(zhǔn)，則開(kāi)發(fā)出的C代碼是易讀、可靠、可移植和易于維護(hù)的。 

　　呂京建表示這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于C/C++語(yǔ)言工程項(xiàng)目的代碼質(zhì)量管理能夠起到良好的指導(dǎo)性作用，目前已經(jīng)有針對(duì)這128條規(guī)則的專(zhuān)門(mén)檢查工具。他建議汽車(chē)MCU的開(kāi)發(fā)工程師嚴(yán)格遵守這些規(guī)則。