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          ARM進一步深入汽車電子領域

          作者:Ian Riches 時間:2017-05-26 來源:電子產品世界 收藏
          編者按:恩智浦已經發(fā)布了面向普通市場的新型S32K系列微控制器,這些器件適用于汽車車身和電機控制應用。因此,恩智浦現在可提供基于ARM的器件,而這個領域過去一直被專有架構器件主導。車身應用對控制器的需求日益增加,此類產品還有很大發(fā)展空間。

            這算下來平均每輛汽車安裝了將近 15 個車身 MCU。顯而易見,進軍這個規(guī)模龐大的汽車市場領域對于 ARM 非常有利,因為使用其 IP 的每個器件都要支付ARM少量版稅。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201705/359740.htm

            雖然車身應用的發(fā)展勢頭不如動力系統(tǒng)和安全應用那樣強勁,但就規(guī)??磥?,仍然是非常重要的,到 2023 年,車身應用仍將在總體 MCU 數量中占據 49% 的比例,預計將使用大約 18 億個 MCU。

            表面看來與其他很多汽車應用領域相比,車身應用的處理性能要求通常要低得多,而且對成本高度敏感,因此從價值的角度來看,車身控制器件市場貌似不占支配地位。

            但是,根據 Strategy Analytics 的計算,截至 2016 年,安裝在輕型車輛上的 MCU 的總價值達到近 18 億美元。這就再一次使得車身應用成為最大的應用領域,在整體汽車 MCU 需求中,它的價值將占據大約 30% 的比例。到 2023 年,車身控制應用對 MCU 的需求有望超過 19 億美元(圖 3)。

          車身應用的變化動態(tài)

            雖然車身控制應用受關注程度通常較低,但該市場并非一成不變,也在潛移默化地發(fā)生改變。

            盡管整體需求呈持續(xù)增長態(tài)勢,Strategy Analytics 仍然預測,就收入而言,車身控制應用對低端 8 位和 16 位 MCU 的需求將會增長乏力甚至下滑。所有增長的驅動力都源自使用性能更強大的 32 位器件,恩智浦正是向這個市場發(fā)布了基于 ARM 的 。

            32 位在整體車身控制 MCU 需求中占據的比例有望從 2016 年的大約 38% 增長到 2023 年的 45% 以上(圖 4)。隨著 的應用日益廣泛,這種趨勢有進一步加速發(fā)展的潛能,也讓 Strategy Analytics 相信,32 位設計在車身控制應用領域具有上升潛力。

            Strategy Analytics 認為,車身控制應用領域形成了以下幾種重要市場力量:

            ● 對消費者功能的需求持續(xù)增加。在新興市場和低端車輛上,車窗升降和 HVAC 等功能仍將呈現增加趨勢。而在更加成熟的市場上,越多越多的汽車將會推出電動座椅、電動折疊后視鏡、電動升降和后擋板等功能。

            - 這就意味著車輛上需要安裝更多的物理 ECU,而用于控制這些應用的 MCU 的數量也會相應增加。雖然人們經常談及汽車架構變革、整合和集成,但它尚未在市場上產生任何重大影響。對于構成需求主體的批量大眾市場汽車,Strategy Analytics 認為,汽車架構變革至少要在 2020 年之后才會開始產生影響。當這一天到來時,ECU 整合的重點將很可能是價值更高的動力系統(tǒng)、安全/自動化和信息娛樂系統(tǒng)/儀表盤應用領域。

            - 即便對于那些在汽車架構變革方面處于前沿地位的 OEM(例如 BMW),相對價值較低的車身電子系統(tǒng)也很可能是最后實現顯著集中化的領域。未來數年內,我們很可能看到眾多車身功能使用獨立模塊,而將它們遷移到經濟高效的 32 位設計的理由越來越充分。

            ● 車身應用要求不斷提高。由于 32 位器件預計將在車身應用領域呈顯著增長,出現了對更高性能器件的新興需求。

            - 經過數年的相對穩(wěn)定之后,汽車網絡正在發(fā)生變化。隨著電動致動器(包括 BLDC 電機)使用率增加,需要更高級別的分布式處理和智能,用于傳感、控制和診斷用途。

            - 從短期來看,CAN-FD 的專業(yè)度將顯著提高,甚至在車身應用領域也是如此。由于需要在汽車中傳輸的傳感器數據日益增加,帶寬和處理能力需要隨之提高,才能處理和管理這些數據。從長期來看,以太網的使用將愈加廣泛,車身控制模塊和網絡網關需要強大的處理能力,才能管理更高的數據速率。

            ● 安全要求不斷提高。汽車行業(yè)曾經由于忽視了網絡安全和黑客攻擊問題而遭受嚴厲批評。這一控訴可能更多指向汽車制造商和一級供應商,因為半導體供應商多年來一直在提供硬件安全模塊,但經常未得到充分利用。

            - 雖然安全問題通常集中在遠程信息處理和信息娛樂系統(tǒng)上,但核心車身系統(tǒng)(例如安保和門禁控制系統(tǒng))也出現了一些漏洞。一般來說,要提高解決方案的安全性,就需要更高的處理能力和更大的存儲容量。

            – 分層安全架構的重要性變得愈加明顯。僅保護接入點安全、指望沒有人可以攻破通常是不夠的。將安全功能內置到更多模塊中有助于中止網絡傳播,即便某個點被攻破也無妨。

            ● 市場對功能安全設計支持的期望值更高,因為車身控制系統(tǒng)本身現在已經成為汽車安全系統(tǒng)的一部分。

            – OEM 越來越期望在即將發(fā)生撞車的情況下,可以基于車輛傳感器的輸入來優(yōu)化座椅位置并關閉車窗和車頂系統(tǒng)。這意味著這些系統(tǒng)的 ASIL 等級可能需要提升,對網絡安全的要求也更嚴格,因為它們現在已經成為汽車安全解決方案的一部分。

            ● 低功耗仍然至關重要,盡管性能提高是大勢所趨。對于車身系統(tǒng)更是如此,以門禁系統(tǒng)為例,它們經常需要“喚醒”,無法輕松進入長期深度睡眠或斷電狀態(tài),以便節(jié)省電能。ARM 解決方案提供的功耗/性能比通常遠優(yōu)于當今眾多供應商提供的專有架構。這些內核在開發(fā)時就充分考慮了移動應用,功耗無疑是更為重要的考量因素。

            – 車身應用數量眾多,即便單個應用不會產生很大功耗,加在一起的總功耗還是相當高的。

            – 駕駛員停車之后,安保和門禁系統(tǒng)等功能仍然需要保持工作狀態(tài)。這些器件必須應對一個頻繁喚醒、快速啟動、高性能任務執(zhí)行和快速關閉的周期,并在整個過程中保持最低的功耗。它們還必須具有較低的靜態(tài)模式漏電,并提供多種低功耗運行模式,以防長時間停車的情況。

            – TPMS 系統(tǒng)還可能遇到頻繁的喚醒,不僅來自車輛本身上的輪胎,還可能來自附近車輛的輪胎。在多層的停車樓中,這種現象可能非常明顯,前后左右以及樓上樓下的汽車都可能觸發(fā)喚醒。

            ● AUTOSAR架構需要基于平臺的規(guī)范。OEM 和供應商越來越希望在各個汽車系列中重復使用代碼和應用程序,從而遷移到更加抽象的軟件開發(fā),例如AUTOSAR架構。這通常會對主機 MCU 提出更高的要求。OEM 和一級供應商還需要不同性價比的廣泛產品系列,以便他們能夠適當地擴展解決方案。

            ● 需要強大的生態(tài)系統(tǒng)支持。借助 Kinetis 系列,恩智浦為其工業(yè)客戶提供基于 ARM 的解決方案已經有一段時間。ARM 生態(tài)系統(tǒng)非常龐大,有眾多供應商提供各種必需工具包,幫助客戶及時將產品推向市場。

            – 汽車領域現在吸引了行業(yè)之外的供應商的高度關注。有了汽車級工具包支持,產品更容易進入汽車市場。

            – 與動力系統(tǒng)或安全模塊相比,車身電子模塊的供應商群體更加分散,公司規(guī)模大小不一。小型公司通常要通過半導體分銷商獲取支持,而且高度依賴于免費提供的設計支持工具套件。

            – 在一級供應商的產品選擇決策中,產品上市時間是一個重要考慮因素。強大的生態(tài)系統(tǒng)支持可能縮短設計周期時間。

          影響

            雖然基于專有架構的 MCU 在多個汽車系統(tǒng)中仍然占據了主導地位,但根據 Strategy Analytics 預測,采用基于 ARM 的 MCU 將成為一種穩(wěn)定趨勢,包括在傳統(tǒng)和新興應用領域,例如高級安全和信息娛樂應用。ARM 也開始涉足動力系統(tǒng)解決方案領域,正如 Strategy Analytics 在其 Insight 報告“ARM 推出新型 Cortex R52 內核以滿足 10 億美元的動力系統(tǒng)處理器市場需求”中所述。

            ARM 和恩智浦的最新舉措加快了這種趨勢。在當今的中端汽車中,采用多達 50 個 ECU 非常普遍,它們針對不同汽車型號和功能選項而設計,需要可擴展的 MCU 平臺,以實現硬件和軟件的快速功能擴展或優(yōu)化。車身 MCU 現在承擔的任務還包括解讀復雜的傳感器算法、管理高帶寬通信外設和實施高級安全功能,且執(zhí)行所有這些任務時都要保持最低功耗。不斷發(fā)展的軟件要求(例如 AUTOSAR)和傳統(tǒng)解決方案的附加性能余量開始到達它們的極限。面對這些情況,基于現成 ARM 的 MCU 成為顯而易見的解決方案。某些情況下,要將現有的專有架構提升到具有競爭力的性能水平,其所需的投資是不容小覷的,因此 Strategy Analytics 預測將有更多半導體供應商步恩智浦的后塵,開發(fā)基于 ARM 的車身控制解決方案。

            汽車市場的變革步伐過去一直比較緩慢,因此,恩智浦的 S08、S12(X) 和 32 位 Power Architecture MCU 將在未來多年內保持量產。但是,隨著市場從機動車輛向移動平臺遷移,汽車制造商現在競相順應系統(tǒng)飛速發(fā)展進行變革。即便是相對靜態(tài)的車身應用,例如泵、車門、座椅、空調控制和車燈,也在進行重新設計,以便將安全性、效率和消費者體驗提升到全新層次。新型 1 MCU 系列率先投入設計,其價位在 2 美元至 5 美元之間(*小批量建議零售價),非常適合滿足這種演進需求。低端產品方面輔以恩智浦的 KEA MCU 系列,該系列基于 ARM Cotex-M0+,當前正在量產中。KEA 系列成員提供 8 至 128KB 的閃存,是恩智浦基于ARM Cortex技術的通用 MCU 汽車產品組合的入門級型號。隨著車身系統(tǒng)要求的提高,基于 ARM 的解決方案對于車身領域中越來越多的應用將具有更大吸引力。

            本文來源于《電子產品世界》2017年第6期第3頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。


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