Для обычного транспортного средства, работающего на топливе, требуется около 500–600 чипов, а для примерно 1000 легковых автомобилей смешанного типа, подключаемых гибридов и чисто электрических транспортных средств требуется не менее 2000 чипов.
Это означает, что в процессе стремительного развития интеллектуальных электромобилей не только растёт спрос на передовые технологичные микросхемы, но и будет расти спрос на традиционные микросхемы. Речь идёт о микроконтроллерах (МК). Помимо увеличения числа велосипедов, контроллеры домена также предъявляют новые требования к микроконтроллерам с высокой безопасностью, надёжностью и вычислительной мощностью.
Микроконтроллер (MCU, MicroController Unit), также известный как однокристальный микрокомпьютер/микроконтроллер/однокристальный микрокомпьютер, объединяет центральный процессор, память и периферийные устройства на одном кристалле, образуя вычислитель на уровне кристалла с функцией управления. Он в основном используется для обработки сигналов и управления. Является ядром интеллектуальной системы управления.
Микроконтроллеры и автомобильная электроника, промышленность, компьютеры и сети, потребительская электроника, бытовая техника и Интернет вещей тесно связаны с нашей жизнью. Автомобильная электроника — крупнейший рынок автомобильной электроники, на долю которого приходится 33% мирового рынка.
Структура микроконтроллера
Микроконтроллер в основном состоит из центрального процессора (ЦП), памяти (ПЗУ и ОЗУ), интерфейсов ввода-вывода, последовательного порта, счетчика и т. д.
ПроцессорЦентральный процессор (ЦП) является основным компонентом микроконтроллера. Компоненты выполняют арифметические логические операции, обработку битовых переменных и передачу данных. Управляющие компоненты координируют работу в соответствии с заданным временем для последовательного анализа и выполнения инструкций.
ПЗУ: Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — это программная память, используемая для хранения программ, написанных производителями. Считывание информации осуществляется без её разрушения. Суть
БАРАНОперативная память (ОЗУ) — это тип памяти, который напрямую обменивается данными с процессором. Данные не могут быть сохранены после отключения питания. Программа может быть записана и прочитана в любой момент во время работы. Обычно используется в качестве временного носителя данных для операционных систем или других запущенных программ.
Взаимосвязь между CPU и MCU:
Центральный процессор (ЦП) является ядром управления работой системы. Помимо ЦП, микроконтроллер также содержит ПЗУ (ПЗУ) или ОЗУ (ОЗУ), которые представляют собой микросхемы уровня кристалла. Наиболее распространёнными являются однокристальные системы (SOC, System On Chip), которые могут хранить и выполнять системный код, работать под управлением QNX, Linux и других операционных систем, включая многопроцессорные блоки (ЦП + ГП + ЦСП + нейронный процессор + накопитель + интерфейсный блок).
цифры микроконтроллера
Число обозначает разрядность микроконтроллера, обрабатывающего данные. Чем больше разрядность, тем выше производительность микроконтроллера. В настоящее время наиболее распространены 8-, 16- и 32-разрядные коды, из которых 32-битные составляют наибольшую долю и быстро растут.
В автомобильной электронике 8-битные микроконтроллеры (МК) стоят недорого и просты в разработке. В настоящее время они используются преимущественно для относительно простых задач управления, таких как освещение, дождевая вода, окна, сиденья и двери. Однако для более сложных задач, таких как приборные дисплеи, информационно-развлекательные системы автомобиля, системы управления питанием, шасси, системы помощи водителю и т.д., в основном 32-битные, и для развития автомобильной электрификации, интеллектуальных систем и сетевых технологий требования к вычислительной мощности микроконтроллеров постоянно растут.
Аутентификация автомобиля MCU
Прежде чем поставщик микроконтроллера войдет в систему цепочки поставок OEM, ему, как правило, необходимо пройти три основные сертификации: на этапе проектирования он должен соответствовать стандарту функциональной безопасности ISO 26262, на этапе потока и упаковки он должен соответствовать стандартам AEC-Q001 ~ 004 и IATF16949, а на этапе сертификационных испытаний — стандартам AEC-Q100/Q104.
Среди них ISO 26262 определяет четыре уровня безопасности ASIL, от низкого до высокого, A, B, C и D; AEC-Q100 делится на четыре уровня надежности, от низкого до высокого, 3, 2, 1 и 0 соответственно, 3, 2, 1 и 0. Суть Сертификация серии AEC-Q100 обычно занимает 1-2 года, тогда как сертификация ISO 26262 сложнее и цикл более длительный.
Применение микроконтроллеров в индустрии интеллектуальных электромобилей
Применение микроконтроллеров в автомобильной промышленности очень широко. Например, передняя панель управления используется в кузовных аксессуарах, силовых системах, шасси, информационно-развлекательных системах и системах интеллектуального вождения. С наступлением эры интеллектуальных электромобилей спрос на микроконтроллеры будет ещё выше.
Электрификация:
1. Система управления аккумуляторными батареями BMS: BMS должна контролировать заряд и разряд, температуру и балансировку аккумулятора. Для главной платы управления требуется микроконтроллер, и для каждой подчинённой консоли также требуется один микроконтроллер.
2.Контроллер транспортного средства VCU: Управление энергопотреблением электромобиля требует увеличения контроллера транспортного средства, и в то же время он оснащен 32-битными высокопроизводительными микроконтроллерами, которые отличаются от планов каждого завода;
3.Контроллер двигателя/контроллер коробки передач: замена штатного, контроллер двигателя электромобиля с инвертором, микроконтроллер для управления двигателем на альтернативном масле. Из-за высокой скорости двигателя редуктор необходимо замедлить. Контроллер коробки передач.
Интеллект:
1. В настоящее время отечественный автомобильный рынок всё ещё находится на этапе проникновения высокоскоростных систем уровня L2. Исходя из комплексных соображений стоимости и производительности, производители оригинального оборудования (OEM) всё ещё используют распределённую архитектуру для функции ADAS. С ростом скорости загрузки соответственно увеличивается и объём обработки информации с датчиков микроконтроллерами.
2. В связи с ростом числа функций кабины роль более мощных новых энергетических чипов становится все более важной, а соответствующий статус микроконтроллера снижается.
Ремесло
Микроконтроллеры предъявляют высокие требования к вычислительной мощности и не предъявляют высоких требований к передовым технологическим процессам. В то же время, встроенная память также ограничивает совершенствование технологического процесса микроконтроллера. Используйте 28-нм техпроцесс для микроконтроллеров. Требования автомобильных регламентов в основном касаются 8-дюймовых пластин. Некоторые производители, особенно IDM, начали переходить на 12-дюймовую платформу.
В настоящее время основными на рынке являются технологические процессы 28 нм и 40 нм.
Типичные предприятия в стране и за рубежом
По сравнению с микроконтроллерами потребительского и промышленного класса, микроконтроллеры автомобильного уровня предъявляют более высокие требования к условиям эксплуатации, надежности и циклу поставок. Кроме того, выход на рынок затруднен, поэтому структура рынка микроконтроллеров в целом относительно концентрирована. В 2021 году на долю пяти крупнейших мировых производителей микроконтроллеров приходилось 82%.
В настоящее время в моей стране микроконтроллеры на уровне автомобилей все еще находятся на этапе внедрения, а цепочка поставок имеет большой потенциал для наземной и внутренней альтернативы.
Время публикации: 08 июля 2023 г.
