Традиційний автомобіль на паливі потребує близько 500-600 чіпів, а близько 1000 легкових автомобілів зі змішаним паливом, гібридів із підзарядкою від мережі та повністю електричних транспортних засобів потребують щонайменше 2000 чіпів.
Це означає, що в процесі швидкого розвитку розумних електромобілів не лише зростає попит на передові технологічні мікросхеми, але й продовжуватиме зростати попит на традиційні мікросхеми. Це і є мікроконтролер. Окрім збільшення кількості велосипедів, контролер домену також створює новий попит на високу безпеку, високу надійність та високу обчислювальну потужність мікроконтролера.
MCU, мікроконтролерний блок, відомий як однокристальний мікрокомп'ютер/мікроконтролер/однокристальний мікрокомп'ютер, об'єднує процесор, пам'ять та периферійні функції на одному кристалі, утворюючи комп'ютер на рівні кристала з функцією керування. Він в основному використовується для обробки сигналів та керування. Є ядром інтелектуальної системи керування.
Мікроконтролери та автомобільна електроніка, промисловість, комп'ютери та мережі, побутова електроніка, побутова техніка та Інтернет речей тісно пов'язані з нашим життям. Автомобільна електроніка є найбільшим ринком автомобільної електроніки, а автомобільні електроніки становлять 33% у світі.
Структура мікроконтролера
Мікроконтролер в основному складається з центрального процесора, пам'яті (ПЗП та ОЗП), інтерфейсу введення-виведення, послідовного порту, лічильника тощо.
ПроцесорЦентральний процесор (ЦП) – це основний компонент мікроконтролера. Його компоненти можуть виконувати арифметико-логічні операції з даними, обробку бітових змінних та операції передачі даних. Керуючі компоненти координують роботу послідовно у певний час для аналізу та виконання інструкцій.
ПЗУ: Пам'ять лише для читання (Read-only Memory) – це програмна пам'ять, яка використовується для зберігання програм, написаних виробниками. Інформація зчитується неруйнівним способом. Суть
Оперативна пам'ятьОперативна пам'ять (ОЗП) – це пам'ять даних, яка безпосередньо обмінюється даними з процесором, і ці дані не можуть бути збережені після відключення живлення. Програму можна записувати та зчитувати будь-коли під час роботи, що зазвичай використовується як тимчасовий носій даних для операційних систем або інших запущених програм.
Зв'язок між процесором та мікроконтролером:
Центральний процесор (CPU) є ядром операційного керування. Окрім CPU, мікроконтролер (MCU) також містить ПЗП або ОЗП, що є мікросхемою на рівні кристала. Поширеними є SOC (система на кристалі), які називаються мікросхемами системного рівня, що можуть зберігати та виконувати код системного рівня, запускати QNX, Linux та інші операційні системи, включаючи багатопроцесорні блоки (CPU + GPU + DSP + NPU + пам'ять + інтерфейсний блок).
Цифри мікроконтролера
Число позначає ширину кожного мікроконтролера, який обробляє дані. Чим більша кількість розрядів, тим потужніша обробка даних мікроконтролером. Наразі найважливішими є 8, 16 та 32 розряди, з яких найбільше займають 32 біти, і їх кількість швидко зростає.
У застосуваннях автомобільної електроніки вартість 8-бітних мікроконтролерів є низькою та легкою у розробці. Наразі вони здебільшого використовуються для відносно простого керування, такого як освітлення, дощова вода, вікна, сидіння та двері. Однак для складніших аспектів, таких як дисплей приладів, інформаційні системи розваг у транспортних засобах, системи керування потужністю, шасі, системи допомоги водієві тощо, переважно 32-бітні, а також ітераційна еволюція автомобільної електрифікації, інтелекту та мереж. Вимоги до обчислювальної потужності мікроконтролерів також стають дедалі вищими.
Автентифікація автомобіля MCU
Перш ніж постачальник MCU увійде в систему ланцюга поставок OEM, зазвичай необхідно пройти три основні сертифікації: етап проектування повинен відповідати стандарту функціональної безпеки ISO 26262, етап потоку та упаковки повинен відповідати AEC-Q001 ~ 004 та IATF16949, а також під час етапу сертифікаційного тестування дотримуватися AEC-Q100/Q104.
Серед них ISO 26262 визначає чотири рівні безпеки ASIL, від низького до високого, A, B, C та D; AEC-Q100 поділяється на чотири рівні надійності, від низького до високого, 3, 2, 1 та 0 відповідно, 3, 2, 1 та 0. Суть Сертифікація серії AEC-Q100 зазвичай займає 1-2 роки, тоді як сертифікація ISO 26262 є складнішою, а цикл довшим.
Застосування мікроконтролера в індустрії розумних електромобілів
Застосування мікроконтролерів (МК) в автомобільній промисловості дуже широке. Наприклад, передня частина охоплює застосування аксесуарів для кузова, систем живлення, шасі, інформаційно-розважальних систем автомобіля та інтелектуального водіння. З настанням ери розумних електромобілів попит на продукти МК ще більше зросте.
Електрифікація:
1. Система управління акумуляторами BMSСистема управління будинком (BMS) повинна контролювати заряд і розряд, температуру та балансування акумулятора. Для головної плати керування потрібен мікроконтролер (MCU), а для кожної підлеглої консолі також потрібен один MCU;
2.Контролер транспортного засобу VCU: Управління енергією електромобілів потребує покращення контролера транспортного засобу, і водночас воно оснащене 32-бітними високоякісними мікроконтролерами, які відрізняються від планів кожного заводу;
3.Контролер двигуна/контролер коробки передач: заміна в штатному стані, інверторне керування електромобілем, MCU, контролер двигуна автомобіля на альтернативному маслі. Через високу швидкість двигуна редуктор необхідно уповільнювати. Контролер коробки передач.
Розвідка:
1. Наразі вітчизняний автомобільний ринок все ще перебуває на стадії проникнення високошвидкісних систем L2. З огляду на комплексні міркування щодо вартості та продуктивності, виробник оригінального обладнання (OEM) збільшує функцію ADAS, все ще використовуючи розподілену архітектуру. Зі збільшенням швидкості завантаження відповідно збільшується і обсяг мікроконтролера, який обробляє інформацію з датчиків.
2. Через зростання кількості функцій кабіни пілота, роль нових чіпів з вищою енергією стає дедалі важливішою, а відповідний статус MCU знизився.
Ремесло
Сам мікроконтролер має пріоритетні вимоги до обчислювальної потужності та не має високих вимог до передових процесів. Водночас, його вбудована пам'ять також обмежує вдосконалення процесу мікроконтролера. Використовуйте 28-нм процес з продуктами мікроконтролера. Специфікації транспортних засобів в основному передбачають 8-дюймові пластини. Деякі виробники, особливо IDM, почали пересаджуватися на 12-дюймову платформу.
Поточні 28-нм та 40-нм процеси є основним трендом на ринку.
Типові підприємства в країні та за кордоном
Порівняно з мікроконтролерами споживчого та промислового класу, мікроконтролери автомобільного рівня мають вищі вимоги щодо робочого середовища, надійності та циклу постачання. Крім того, на них важко вийти, тому структура ринку мікроконтролерів загалом відносно концентрована. У 2021 році п'ять провідних компаній світу з виробництва мікроконтролерів становили 82%.
Наразі мікроконтролери автомобільного рівня в моїй країні все ще перебувають на стадії впровадження, а ланцюг поставок має великий потенціал для альтернативизації земельних ділянок та внутрішніх ресурсів.
Час публікації: 08 липня 2023 р.
