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(zhǎng)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(guó)，車用MCU的出貨數(shù)量將保持2位數(shù)增長(zhǎng)勢(shì)頭。
圖1：Isuppli提供的車用MCU中國(guó)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�！彼麖�(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。”目前，一般的MCU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�！蹦壳�，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(zhǎng)迅速，但8位/16 MCU位應(yīng)用仍是主流
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。
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
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，32位MCU增長(zhǎng)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?jī)H2個(gè)，到2002年增長(zhǎng)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(zhǎng)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(jiǎn)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�！比鹚_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(guó)汽車電子公司的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
中國(guó)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(guó)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(zhǎng)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。”一家中等規(guī)模的汽車電子供應(yīng)商也表示：“目前只能和國(guó)內(nèi)一些民營(yíng)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(guó)市場(chǎng)，他們也愿意與中國(guó)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)敢鉃橹袊?guó)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(yíng)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�！�
