隨著汽車向更節(jié)能、更舒適、更安全、更智能的方向發(fā)展，車用MCU也迎來了更廣闊的發(fā)展空間，8位、16位MCU將集成更多的功能，并將擔(dān)綱汽車
MCU應(yīng)用主流角色，而32位MCU也會(huì)在汽車導(dǎo)航、音響、動(dòng)力控制方面找到用武之地，汽車MCU在性能、穩(wěn)定性上都有提高，并將把更大的靈活性帶給設(shè)
計(jì)開發(fā)人員。
無庸置疑，在經(jīng)歷了DVD、手機(jī)熱潮之后，汽車電子熱潮正撲面而來，隨著汽車向高檔化、舒適化邁進(jìn)，專家預(yù)測(cè)：未來5年內(nèi)汽車電子裝置成本
將占到汽車整車成本的50%左右，而目前，中檔車的這個(gè)比例只是20%左右。汽車已由單一的機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展成高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在這個(gè)變革中，
MCU無疑充當(dāng)了急先鋒的角色。
MCU在汽車應(yīng)用的領(lǐng)域不斷
自上世紀(jì)70年代中期，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)率先采用MCU以后，MCU在汽車電子的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，至今，MCU在汽車電子的主要應(yīng)用涵蓋五大領(lǐng)域，
分別是：
汽車動(dòng)力系統(tǒng)控制，主要應(yīng)用為發(fā)動(dòng)機(jī)控制、動(dòng)力轉(zhuǎn)向等；
車身控制系統(tǒng)，主要有防盜裝置、開關(guān)控制、電動(dòng)車窗控制、車門控制、前照燈控制、低速LAN、 x-by-wire(線控概念)等；
安全控制系統(tǒng)，主要有安全氣囊、ABS/穩(wěn)定性和SAFF-by-wire(線控安全)等；
行駛系統(tǒng)控制，主要有儀表板、空調(diào)控制、底盤控制等；
汽車信息系統(tǒng)，主要 娛樂、服務(wù)、移動(dòng)通信、信息處理和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)等。
這些應(yīng)用拓展促使MCU在性能上不斷提升。同時(shí)也使汽車內(nèi)MCU的用量從最初的20顆上升到現(xiàn)在的近百顆，最新的寶馬汽車(S級(jí))的MCU用量已經(jīng)達(dá)
到100顆以上。(圖1)在具體應(yīng)用上，8位MCU主要用于儀表控制、車窗控制、前后照鏡控制等，隨著控制精度需求的提升，目前，16位MCU正取代8位MCU
成為增長車用MCU中最快的器件，32位MCU則主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制、汽車導(dǎo)航、音響、汽車智能應(yīng)用等。在中國，車用MCU的出貨數(shù)量將保持2位數(shù)增長
勢(shì)頭，圖1為Isuppli提供的車用MCU中國銷售額預(yù)測(cè)。
圖1：Isuppli提供的車用MCU中國銷售額預(yù)測(cè)。
汽車應(yīng)用促使MCU在結(jié)構(gòu)、工藝、性能上突破
中科院電工研究所的唐曉泉博士認(rèn)為：“車用MCU不同于一般消費(fèi)用MCU的最大區(qū)別是需要在極苛刻的環(huán)境下運(yùn)行，例如可能要工作在-40度到+120
度的環(huán)境中，這就要求車用MCU要有很高的可靠性和穩(wěn)定性�！�
為滿足車用MCU的性能需求，各供應(yīng)商正在從結(jié)構(gòu)、工藝、封裝上改進(jìn)MCU。Microchip汽車電子事業(yè)部副總裁Dan Termer表示：“Microchip利用
CMOS工藝技術(shù)開發(fā)車用MCU產(chǎn)品以獲得高可靠性和穩(wěn)定性�！�
賽普拉斯汽車業(yè)務(wù)部行銷經(jīng)理Steve Gerber表示：“賽普拉斯的PsoC微控制器基于一種獨(dú)特的Flash工藝，這種叫做亞硝酸硅半導(dǎo)體(SONOS)的工
藝技術(shù)相比目前的flash工藝可以提供更好的可靠性和更低的成本。低成本源于SONOS是基于標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝，它僅要求新增3個(gè)層就可創(chuàng)造出非易失性
單元(NV cell)，可靠性源于SONOS“電容”可以在氮化物存儲(chǔ)層存儲(chǔ)電荷使存儲(chǔ)單元容錯(cuò)性提高以應(yīng)對(duì)氧化柵極失效�！�
Freescale(飛思卡爾)表示他們也采用了新的閃存制造技術(shù)，來提高M(jìn)CU中的閃存容量。
富士通MCU產(chǎn)品線總經(jīng)理Andy Chang表示：“可以通過幾種方法使車用MCU達(dá)到高可靠性和高性能，首先，可以通過先進(jìn)的生產(chǎn)控制管理使MCU的性
能參數(shù)偏差達(dá)到最小，其次，我們的CAN MCU自98年就投入使用，通過實(shí)際應(yīng)用可以不斷改善其性能缺陷。最后，MCU中的嵌入式閃存采用了和AMD/富
士通閃存一樣的技術(shù)，這項(xiàng)最具可靠性的技術(shù)可以確保車用MCU符合需求�！�
汽車用MCU的技術(shù)特點(diǎn)和未來發(fā)展趨勢(shì)
1. 閃存MCU成主流
在車用MCU領(lǐng)域，目前內(nèi)置閃存的MCU已經(jīng)成為主流，其最大的優(yōu)勢(shì)是靈活性，它可以讓汽車制造廠在車間的最后一分鐘才配置車輛的特性集和控
制算法。另外，相對(duì)片外閃存來說，汽車電子制造商不會(huì)有交貨和價(jià)格方面的困擾，同時(shí)由于片上閃存沒有高速總線，所以對(duì)車內(nèi)設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生輻射
干擾。
Microchip的Dan Termer表示：“汽車電子供應(yīng)商努力維持其競(jìng)爭(zhēng)力并積極對(duì)市場(chǎng)需求和變化作出響應(yīng)，閃存MCU可以可以讓開發(fā)人員快速響應(yīng)用
戶的需求，另外，閃存MCU也更具成本效益。目前，閃存MCU已快成為‘標(biāo)準(zhǔn)’了。” 富士通的Andy Chang也表示：“由于有可重寫能力，我們所有的
支持CAN總線的MCU都使用了閃存技術(shù)，我們最新采用的閃存技術(shù)是雙運(yùn)行閃存(dual-operation flash)它可以允許程序的執(zhí)行和擦/寫同步進(jìn)行�！彼�
強(qiáng)調(diào)：“未來閃存的容量和功耗會(huì)因要支持LIN、FlexRay這樣的新功能而增加�！蹦壳埃话愕腗CU內(nèi)建的閃存多是128K字節(jié)。
瑞薩科技表示：“閃存MCU的最大優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)方面，我們的SH7058F內(nèi)建了1MB的閃存。”2002年，瑞薩科技的閃存MCU份額排名全球第一
，NEC、飛思卡爾緊隨其后。
給MCU內(nèi)建閃存主要是提高其應(yīng)用靈活性，除嵌入閃存外，一些公司也在采取其他的措施，Dan Termer表示：“Microchip把先進(jìn)的模擬功能集成
進(jìn)MCU可以幫助開發(fā)人員減少系統(tǒng)模塊的元件數(shù)量。” 賽普拉斯的Steve Gerber表示：“PsoC除提供閃存外，還可提供混合信號(hào)可編程能力， PsoC的
可配置模擬模塊可以讓消費(fèi)者集成ADC、DAC、放大器、比較器和濾波器以及一些數(shù)字模塊如定時(shí)記數(shù)器、PWM等，這樣，單個(gè)PsoC器件就可以支持一系
列汽車電子應(yīng)用，如傳感器、車身控制、座椅控制、儀表控制、LIN通信等。”可見未來車用MCU將集成更多功能以提高設(shè)計(jì)靈活性。
2. 支持CAN、LIN總線標(biāo)準(zhǔn)及其他標(biāo)準(zhǔn)
雖然CAN、LIN總線標(biāo)準(zhǔn)還未被正式確定為汽車電子標(biāo)準(zhǔn)，但許多車用MCU已經(jīng)能夠支持他們。Microchip的Dan Termer表示：“Microchip的PIC8位
閃存MCU都可以支持CAN和LIN總線協(xié)議，這兩個(gè)總線屬于關(guān)鍵汽車架構(gòu)單元，它們已被廣泛承認(rèn)并受到主要MCU供應(yīng)商的支持。”目前，汽車電子MCU供
應(yīng)商中，飛思卡爾、飛利浦、NEC、瑞薩科技、東芝、西門子等的產(chǎn)品都提供對(duì)CAN、LIN總線的支持。富士通的Andy Chang也表示：“富士通的16位
MCU嵌入了CAN V2.0B IP核�！�
3. 32位MCU增長迅速，但8位/16 MCU位應(yīng)用仍是主流
圖2：從車身到發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)汽車電子子系統(tǒng)中MCU的應(yīng)用。主要MCU供應(yīng)商包括Freescale、富士通、瑞薩科技、英飛凌、Microchip、東芝、NEC、
Cypress和AMIS等。
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，32位MCU增長勢(shì)頭迅猛，在汽車電子領(lǐng)域，它的應(yīng)用如何呢？富士通的Andy Chang指出：“32位MCU多用于高檔轎車，主要用于
汽車多媒體方面，由于CAN總線是控制總線，所以16位MCU足以勝任�！彼麖�(qiáng)調(diào)汽車MCU的應(yīng)用視功能而定，他認(rèn)為8位/16位MCU是汽車電子領(lǐng)域的主流
產(chǎn)品。賽普拉斯的Steve Gerber也表示：“雖然32位MCU在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用勢(shì)如破竹，但由于今天的汽車系統(tǒng)是分布式架構(gòu)，所以32位的應(yīng)用勢(shì)頭
并不會(huì)象消費(fèi)電子領(lǐng)域那樣火暴，另外，汽車電子領(lǐng)域是成本意識(shí)很強(qiáng)的市場(chǎng)，雖然4位MCU在淡出，但8位/16位MCU會(huì)因其獨(dú)特的成本優(yōu)勢(shì)占據(jù)車身控
制和傳感器應(yīng)用領(lǐng)域�！�
雖然32位MCU還不能成為主流，但它的應(yīng)用不斷擴(kuò)展是不爭(zhēng)的事實(shí)。瑞薩科技表示：“高性能32位MCU目前主要用于引擎控制和汽車信息系統(tǒng)，但
未來安全氣囊、ACC、ABS、EPS、SAFE-by-Wire等都會(huì)應(yīng)用32位MCU�！� Microchip的Dan Termer也表示：“32位MCU的應(yīng)用在拓展，從銷售額來看，32
位MCU較多份額，但在數(shù)量上32位MCU只占8位/16位/32位MCU總量的1/4還不到。32位MCU會(huì)成為汽車動(dòng)力系統(tǒng)、安全控制、信息導(dǎo)航系統(tǒng)的主角�！�
目前瑞薩科技的車用MCU在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱全球市場(chǎng)占有率高達(dá)17%。瑞薩科技表示：“在發(fā)動(dòng)機(jī)控制方面，未來的技術(shù)難題是型號(hào)控制、無凸輪
、可變氣門控制等，相應(yīng)地對(duì)MCU提出的要求是增大閃存容量、提高時(shí)鐘頻率和強(qiáng)化處理能力�！比鹚_計(jì)劃開發(fā)的下一代微處理器的頻率將達(dá)到160-
200MHz，閃存容量更達(dá)到2MB。飛思卡爾32位MCU在全球汽車電子市場(chǎng)的占有率是第一，它的32位MCU采用了兩種不同內(nèi)核的發(fā)展策略，一種基于Power
PC內(nèi)核，主要用于引擎管理、信息系統(tǒng)、遠(yuǎn)程通信和高端底盤控制等；另一類采用ARM7和ARM9內(nèi)核，主要用于網(wǎng)關(guān)、安全氣囊、車身電子和ABS等。
4. 應(yīng)用需求向高端邁進(jìn)，刺激MCU功能復(fù)雜化
隨著汽車向更節(jié)能、更安全、更舒適方向發(fā)展，對(duì)汽車用MCU的需求層次和數(shù)量不斷提升，例如，90年代中期，汽車所需得安全氣囊數(shù)量僅2個(gè)，
到2002年增長到4個(gè)，預(yù)計(jì)到2006年以后，安全氣囊的數(shù)量會(huì)增長到12個(gè)以上！這其中除了對(duì)車內(nèi)人員的保護(hù)以外，安全氣囊的保護(hù)范圍延伸到對(duì)行人
的保護(hù)，顯然這些需求會(huì)提高M(jìn)CU的應(yīng)用數(shù)量。再如，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)從初期的簡單繪圖到第2代的2D繪圖再到第3代的3D繪圖給MCU提出性能的新需求，
瑞薩科技表示：“未來的導(dǎo)航中樞芯片會(huì)是集成有2D/3D繪圖功能、USB、GPS、串行口和DDR等控制器的多功能合一芯片。將帶給乘客身臨其境感的繪
圖。”瑞薩表示未來的這款芯片的時(shí)鐘將達(dá)到400MHz左右。圖2所示為從車身到發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)汽車電子子系統(tǒng)中MCU的應(yīng)用。
在東芝公司的產(chǎn)品規(guī)劃上，其第3代的MCU產(chǎn)品將集成有模擬IP以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP，并可能是MCU+DSP的架構(gòu)以完成3相AC馬達(dá)的矢量控制等復(fù)雜控制
功能。
中國汽車電子公司的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
中國汽車電子公司目前處于起步階段，其主要的切入領(lǐng)域?yàn)槠囈繇懞推嚢卜李I(lǐng)域，電子工程專輯網(wǎng)站的網(wǎng)上調(diào)查顯示，有68.4%的汽車電子解
決方案涵蓋這兩個(gè)領(lǐng)域。另外，由于國內(nèi)的汽車電子廠商規(guī)模偏小，因此他們?cè)诤推嚧髲S合作方面難度較大，唐曉泉指出：“汽車不同于一般的電
子消費(fèi)品，一般汽車的壽命可以達(dá)到10年以上，這就要求汽車電子解決方案供應(yīng)商可以提供較長期的技術(shù)支持，在此方面，規(guī)模較大的汽車制造廠對(duì)
小型汽車電子供應(yīng)商有所顧慮�！币患抑械纫�(guī)模的汽車電子供應(yīng)商也表示：“目前只能和國內(nèi)一些民營汽車制造企業(yè)展開合作，較難切進(jìn)汽車大廠。
”
針對(duì)這種情況，選擇有技術(shù)實(shí)力、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的元器件供應(yīng)商開發(fā)汽車電子解決方案無疑是有利于打開市場(chǎng)的。目前，汽車MCU供應(yīng)商都很看重
中國市場(chǎng)，他們也愿意與中國汽車電子公司合作，瑞薩科技就表示：“瑞薩科技有豐富的產(chǎn)品線，而且在日本汽車電子領(lǐng)域有豐富的經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)敢?/P>
為中國客戶提供最佳的解決方案�！� Microchip的Dan Termer也表示：“Microchip會(huì)提供多種開發(fā)工具、資料并給予現(xiàn)場(chǎng)支持，為汽車電子供應(yīng)商營
造一個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)的開發(fā)環(huán)境�！� Andy Chang也表示：“富士通會(huì)為應(yīng)用提供軟硬件解決方案，我們更關(guān)注車身控制、x-by-wire和汽車黑盒子等方面。
”
