汽車MCU演繹四大發(fā)展趨勢

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

　　目前，汽車MCU已經(jīng)進入汽車動力系統(tǒng)、汽車安防系統(tǒng)、汽車娛樂系統(tǒng)、汽車導(dǎo)航與遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，這些系統(tǒng)對汽車MCU提出了不同的要求，推動汽車MCU不斷發(fā)展。汽車MCU在提高性能的同時，在應(yīng)用上也將以不同于消費、通信中的應(yīng)用模式演繹新的發(fā)展，助力汽車向更節(jié)能、更安全和更舒適方向發(fā)展。 

　　高、中、低端MCU同時共存于汽車應(yīng)用 

　　受汽車制造和電子控制系統(tǒng)的雙重推動，全球汽車半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)呈快速發(fā)展勢態(tài)。據(jù)Strategy Analytics估計，到2011年，每輛汽車中半導(dǎo)體產(chǎn)品將增加到265美元。而到那時全球汽車半導(dǎo)體市場會達(dá)到213億美元的市場規(guī)模，CAAGR為8.5%，在中國，這一數(shù)字會達(dá)到21%！ 

　　MCU是汽車電子中的核心部件，由于它在汽車電子中實現(xiàn)的功能呈現(xiàn)多樣性，從簡單的車燈控制到復(fù)雜的發(fā)動機控制、汽車遠(yuǎn)程通信實現(xiàn)，高、中、低端MCU在汽車中都可以發(fā)揮作用，可以共存于一個系統(tǒng)中。圖1是Strategy Analytics分析的高、中、低端MCU在汽車電子中應(yīng)用的現(xiàn)狀和趨勢。 

　　從這個分析中，我們也可以看出，高、中、低端MCU未來幾年在汽車中的應(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)汽車營銷經(jīng)理Chris Appleton指出：“從批運數(shù)量來看是低端MCU占據(jù)主導(dǎo)地位，雖然高端MCU不斷進入這個市場，但8位MCU的增長速度超過32位MCU的增長速度，針對8位的新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，成為推動8位MCU增長的動力。所以每個供應(yīng)商都把發(fā)展8位MCU作為重點。” 

　　未來中國汽車電子市場將保持高速增長，富士通公司市場部副總經(jīng)理鄭國威認(rèn)為由于中國工程師缺乏高端MCU應(yīng)用（如汽車動力和ABS等方面）的開發(fā)經(jīng)驗， 所以他認(rèn)為中國汽車電子市場低端MCU會占據(jù)主導(dǎo)。英飛凌工業(yè)與多元化電子事業(yè)部高級總監(jiān)石敬巖也表示中國汽車電子應(yīng)用多受成本驅(qū)動，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 

　　隨著對汽車舒適性，安全性的需求提升，以及對汽車節(jié)能、混合動力等新需求的涌現(xiàn)，汽車MCU的性能要求不斷提高。各供應(yīng)商在提高汽車MCU性能方面各顯神通。瑞薩半導(dǎo)體管理（中國）有限公司汽車電子行銷中心總經(jīng)理崛田慎吉表示：“瑞薩利用基于先進工藝和片上高速閃存的高速設(shè)計來提高MCU的運行速度。其他的方法有加入FPU（單/雙精確浮點單元），加入MAC（乘加指令）等。” Microchip的Chris Appleton強調(diào)：“提高MCU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題，我們的DSPIC DSC系列就增加了對數(shù)字信號處理的支持。”他表示其他提升MCU的方法有利用工藝進步給MCU增加更多集成來實現(xiàn)。 

　　富士通公司市場部副總經(jīng)理鄭國威則表示給MCU增加DSP功能僅是提高其性能的一種做法，富士通通過把一些控制算法交給硬件邏輯去完成來降低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智能分割和優(yōu)化總線系統(tǒng)的方法來提升整個系統(tǒng)的性能。具體而言，英飛凌除了提高MCU的頻率外，還通過智能的優(yōu)化外設(shè)和外設(shè)控制處理器來分擔(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的集成度進一步提高 

　　隨著工藝技術(shù)的進步，汽車MCU的集成度將進一步提高。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)汽車電子市場總監(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。它給客戶帶來的好處包括減少PCB板面積，減少外圍器件、縮短開發(fā)周期、降低成本等。”他強調(diào)IDC主要是應(yīng)用于下一代的車身控制，如車燈、車窗、車鏡、車鎖等應(yīng)用。他還表示，針對有關(guān)汽車安全的應(yīng)用，如胎壓檢測系統(tǒng)（TPMS），F(xiàn)reescale則提供另外一種集成方案，就是系統(tǒng)級封裝方案（SIP），在該方案中，整個芯片包括MCU、壓力傳感器、射頻發(fā)送器、運動感應(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FlexRay也會被采用，這些都會集成進MCU中，除了這些英飛凌還將集成嵌入式電壓調(diào)節(jié)器、振蕩器等以為汽車電子系統(tǒng)供應(yīng)商降低成本。”瑞薩的崛田慎吉表示：“對于車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，瑞薩的MCU提供CAN或LIN接口，對于線控安全和FlexRay，瑞薩加入到汽車標(biāo)準(zhǔn)制訂組織中，積極推進標(biāo)準(zhǔn)的制訂以及將標(biāo)準(zhǔn)在產(chǎn)品中實現(xiàn)。瑞薩在2004年加入汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)（AUTOSAR）組織和日本汽車軟件平臺和架構(gòu)（JasPar）組織，這兩個組織致力于為汽車控制系統(tǒng)制訂標(biāo)準(zhǔn)化的軟件和模塊接口。” 

　　Microchip的Chris Appleton指出：“對于網(wǎng)絡(luò)化的汽車，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降低成本和占位面積。Microchip越來越多的汽車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的單芯片正在開發(fā)中。

　　Flash MCU的發(fā)展 

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

　　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MCU的可能性。 

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

　　富士通的鄭國威表示：“富士通關(guān)注flash MCU的數(shù)據(jù)保持期限、擦除/寫入周期、是否支持板上編程等。隨著汽車應(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。” 

　　未來汽車MCU的應(yīng)用開發(fā) 

　　中國單片機實驗室的呂京建表示：“未來有關(guān)汽車電子規(guī)范越來越多，越來越復(fù)雜。汽車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)用成為汽車電子的目標(biāo)，汽車電子功能的實現(xiàn)也將板級實現(xiàn)向芯片實現(xiàn)轉(zhuǎn)移。在開發(fā)初期，通過FPGA上的IP內(nèi)核重構(gòu)實現(xiàn)功能，然后再將FPGA轉(zhuǎn)化成ASIC，進行批量的生產(chǎn)。當(dāng)然，這些產(chǎn)品在使用前要經(jīng)過嚴(yán)格的測試。” 

　　他表示這樣開發(fā)的好處是可以快度地響應(yīng)市場需求，對中國IC設(shè)計公司而言，這可以開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。他也表示未來因為汽車產(chǎn)品關(guān)乎人的生命安全，所以對汽車應(yīng)用的開發(fā)要講求可靠性。 

　　為確保汽車MCU開發(fā)方面的可靠性，汽車工業(yè)軟件可靠性聯(lián)會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)，則開發(fā)出的C代碼是易讀、可靠、可移植和易于維護的。 

　　呂京建表示這個標(biāo)準(zhǔn)對于C/C++語言工程項目的代碼質(zhì)量管理能夠起到良好的指導(dǎo)性作用，目前已經(jīng)有針對這128條規(guī)則的專門檢查工具。他建議汽車MCU的開發(fā)工程師嚴(yán)格遵守這些規(guī)則。