汽车芯片MCU详细介绍

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控制芯片介绍

控制芯片主要是指微控制器MCU，也称单片机，适当降低CPU的主频和规格，集成了存储器、定时器、A/D转换、时钟、I/O端口等功能。将串行通信等功能模块和接口集成在单芯片上，实现终端控制功能，具有高性能、低功耗、可编程性和高灵活性等优点。

汽车级MCU原理图

汽车是MCU非常重要的应用，根据ICInsights数据，2019年全汽车电子中MCU的使用比例约为33%。每辆豪华车使用的MCU数量接近100个。从驱动计算机和液晶仪表到发动机和底盘，汽车的每个部件，无论大小，都需要MCU控制。最初，8位和16位MCU主要应用于汽车，但随着汽车电子化、智能化的不断加强，所需MCU的数量和质量不断提高。目前，32位MCU约占汽车MCU的60%，其中ARM的Cortex系列内核因其低廉的价格和出色的功耗控制而成为各汽车MCU厂商的主流选择。

汽车MCU的主要参数包括工作电压、工作频率、Flash和RAM容量、定时器模块和通道数量、ADC模块和通道数量、串行通信接口类型和数量、输入/输出I/O端口数量、工作温度、封装形式和功能安全等级等。

汽车MCU根据CPU位数大致可分为8位、16位和32位。通过工艺升级，32位MCU的价格不断下降，现已成为主流，逐渐取代以前由8/16位MCU主导的应用和市场。

汽车MCU按用途分类，可分为车身区、动力区、底盘区、座舱区、智能驾驶区。对于座舱区域和智能驾驶区域，MCU需要较高的计算性能和CANFD、以太网等高速外部通信接口，车身区域也需要更多数量的外部通信接口，但对MCU的计算性能要求较高。MCU相对较低，虽然较低，但电源域和机箱域要求较高的工作温度和功能安全级别。

底盘域控芯片

底盘区与汽车的行驶有关，由传动系统、驱动系统、转向系统和制动系统组成，由转向、制动、变速、油门和悬架系统5大子系统组成。在智能汽车和汽车智能化的发展过程中，智能汽车的识别识别、决策、规划和控制执行是底盘领域的核心系统，而线控转向和线控制动是关键部件。结束自动驾驶的实施

工作要求

底盘域ECU采用可扩展的高性能功能安全，支持传感器集群和多轴惯性传感器。基于该应用场景，对机箱域MCU提出如下需求

主频高，计算性能要求高，主频200MHz以上，计算性能300DMIPS以上。

Flash存储空间超过2MB，有代码闪存和数据闪存物理分区。

RAM必须至少为512KB。

功能安全级别要求高，可达到ASIL-D级别；

支持12位精度ADC。

支持32位高精度、高同步定时器。

支持多通道CAN-FD。

支持100M以上以太网。

可靠性不低于AEC-Q100Grade1。

支持在线升级；

支持固件验证功能。

性能要求

内核部分

I核心频率即核心工作时的时钟频率，用于表示核心数字脉冲信号的振荡速度。主频并不能直接表示核心的运算速度。核心的计算速度还与核心的流水线、缓存、指令集等有关。

II计算性能一般可以采用DMIPS进行评估。DMIPS是指在测试程序时衡量MCU综合基准程序相对性能的单位。

内存参数

ICodeMemory用于存储代码的存储器；

II数据存储器用于存储数据的存储器；

IIIRAM用于存储临时数据和代码的存储器。

通信总线包括汽车总线、通用通信总线等。

高精度外围设备；

工作温度；

产业格局

由于各汽车制造商采用的电子电气架构不同，对底盘区域的零部件要求也不同。同一汽车厂商的不同车型，其高低配置不同，导致底盘区域的ECU选择不同。这些差异对机箱领域的MCU提出了不同的要求。例如，本田雅阁在底盘域使用了3个MCU芯片，奥迪Q7在底盘域使用了大约11个MCU芯片。2021年，中国品牌乘用车产量约1000万辆，其中单车底盘领域MCU平均需求量为5辆，整体市场规模约5000万辆。整体机箱领域MCU的主要供应商有英飞凌、恩智浦、瑞萨、Microchip、TI和ST。这五家半导体厂商在MCU机箱领域的市场份额超过99%。

行业壁垒

从核心技术角度来看，底盘域的零部件，如EPS、EPB、ESC等与驾驶员的生命安全密切相关，因此对底盘域MCU的功能安全等级要求非常高，基本上都是ASIL-D。级别要求。国内还没有具有这种功能安全级别的MCU。除了功能安全级别外，底盘域部件的应用场景对MCU的基础频率、计算性能、内存容量、外设性能、外设精度等都有非常高的要求。机箱领域MCU已经形成了国内MCU厂商必须挑战和突破的极高产业壁垒。

在供应链方面，底盘域零部件需要高主频、高计算性能的控制芯片，因此对晶圆生产技术和工艺的要求较高。目前看来，至少需要55nm或更快的工艺才能满足200MHz以上的MCU临界频率要求。在这方面，国内汽车级MCU生产线尚未建成，甚至还没有达到量产水平。半导体厂商基本都采用IDM模式，而在晶圆代工厂方面，目前只有台积电、联华电子、格罗方德具备相当的能力。国内芯片厂商均为无晶圆厂企业，这对保障晶圆制造和产能带来了挑战和一定的风险。

在自动驾驶等关键计算场景中，传统通用CPU由于计算效率较低，难以适应AI计算需求。广泛应用于云中。从技术趋势来看，短期内GPU仍将以AI芯片为主，长期来看ASIC才是最终方向。从市场趋势来看，全AI芯片需求将保持快速增长势头，云端和边缘芯片都具有巨大的增长潜力，预计未来五年市场增速将接近50%。随着人工智能的快速发展，国内芯片技术基础日趋薄弱，人工智能芯片落地应用加速，需求快速增长，为国内芯片企业提升技术和能力创造了机遇。自动驾驶对算力、时延、可靠性等要求严格，目前主要采用GPU+FPGA方案，随着算法更加稳定、以数据为中心，ASIC有望抢占市场份额。

分支预测和优化，存储各种状态以减少任务切换时的延迟，需要CPU芯片上大量的空间。它还更适合逻辑控制、串行操作和一般类型的数据操作。以GPU和CPU为例，与CPU相比，GPU使用大量的计算单元和很长的流水线，并且其控制逻辑非常简单，不需要缓存。CPU不仅占用了大量的缓存空间，而且控制逻辑复杂，优化电路也很多，所以计算性能只是其中很小的一部分。

电源域控制芯片

动力域控制器是一种智能动力总成管理设备。CAN/FLEXRAY用于实现变速器管理、电池管理、发电机调节监控，主要用于动力总成优化和控制，还具有智能电气故障诊断、智能节电、总线通信等功能。

工作要求

电源域控制MCU可支持BMS等关键电源应用，并具有以下要求

高频，主频600MHz~800MHz

内存4MB

功能安全级别要求高，可达到ASIL-D级别；

支持多通道CAN-FD。

2G以太网支持；

可靠性不低于AEC-Q100Grade1。

支持固件验证功能。

性能要求

高性能它集成了ARMCortexR5双核锁级CPU和4MB片上SRAM，可支持汽车应用中对计算性能和内存不断增长的需求。ARMCortex-R5FCPU的时钟频率高达800MHz。高安全性汽车可靠性标准AEC-Q100达到1级，ISO26262功能安全等级达到ASILD。采用的双核锁步CPU可实现高达99%的诊断覆盖率。内置信息安全模块集成了真随机数生成器、AES、RSA、ECC、SHA以及符合国家和商业机密标准的硬件加速器。这些信息安全功能的集成可以满足安全启动、安全通信、安全固件更新升级等应用的需求。

车身域控制芯片

身体区域主要负责控制身体的各种功能。随着车辆整体的发展，车身域控制器的数量不断增加，从车辆前部到中央的所有功能单元都必须集成，以降低控制器成本和整车重量。车辆和车辆后部的部件，例如后刹车灯、后位置灯、尾门锁甚至双支柱，都集成到整体控制器中。

车身域控制器一般集成了BCM、PEPS、TPMS、网关等功能，并可通过增加座椅调节、后视镜控制、空调控制等功能进行扩展，对各个执行器进行全面统一的管理和系统分配.你可以。资源合理有效。控制台域控制器具有许多功能，如下图所示，但不限于此处列出的功能。

车身域控制器特性表

工作要求

汽车电子对MCU控制芯片的主要要求是更好的稳定性、可靠性、安全性、实时性等技术特性，以及更高的计算性能和存储容量、更低的功耗指标。车身域控制器逐渐从分布式功能过渡到集成所有车身电子主驱动、关键功能、照明、门窗等的大型控制器。车身域控制系统的设计集照明、雨刷、洗涤于一体。中央门锁、车窗等控制装置、PEPS智能钥匙、电源管理等，以及网关CAN、可扩展CANFD和FLEXRAY、LIN网络、以太网等多种接口和模块的开发设计技术。

总的来说，MCU主控芯片对上述车身区域控制功能的运行要求主要体现在计算处理性能、功能集成度、通信接口和可靠性等方面。由于车身不同功能区域的应用场景在具体要求上存在较大的功能差异，电动车窗、自动座椅、电子尾门等车身应用也需要高效的电机控制。FOC.电子控制算法等功能。另外，车身领域不同的应用场景对芯片的接口配置要求也不同。因此，车身域MCU一般应根据具体应用场景的功能和性能需求来选择，并在此基础上综合评估产品性价比、供货能力、技术服务等因素。

性能要求

车身域控制MCU芯片主要参考指标如下

性能支持ARMCortex-M4F144MHz、180DMIPS，内置8KB指令缓存、零延迟闪存加速执行器。

大容量加密内存最大512K字节eFlash，加密存储，支持分区管理和数据保护，支持ECC验证，10万次擦写，10年数据保存，144K字节SRAM，支持硬件奇偶校验。

集成丰富的通信接口支持多种GPIO、USART、UART、SPI、QSPI、I2C、SDIO、USB20、CAN20B、EMAC、DVP等接口。

集成高性能模拟器件如何测试12位514引脚芯片的品质？如何衡量芯片质量

1检查电源。使用您自己的万用表测量VCC和GND电平，以确保它们满足您的要求。如果VCC偏离5V或33V太大，检查7805或其他稳压滤波电路的输出。

2、检查晶振.不知道如何检查晶振的好坏。我的方法比较简单。一般情况下，我都是多换几个晶振，然后打开电源。不管怎样，晶体振荡器不是浪费)

3检查RESET引脚电平逻辑，注意使用的型号是高电平复位还是低电平复位。如果MCU反复复位哈哈结果就不言自明了。

4.如果您的程序设计为从扩展外部ROM运行，您还应该检查EA引脚。

5最好检查MCU是否损坏或无法下载flash并尝试更换新芯片。

6如果以上都确定是正确的，那么很自然，如果测试程序运行正常，硬件也应该正常运行。那么基本明确是控制程序有题，在keil中反复跟踪调试程序，调用子程序并仔细检查工作寄存器组、累加器、DPTR等是否是期望值。

如何判断IC芯片的好坏

1.无道路检测

这种方法是在IC没有焊接到电路上的情况下进行的，通常可以用万用表测量与接地引脚对应的各个引脚之间的正向和反向电阻值，并与完好的IC进行比较。

2.道路检测

这是一种用万用表检测IC各引脚的内直流电阻、对地交直流电压以及总工作电流的检测方法。该方法克服了替代测试方法需要更换IC和拆卸IC的局限性，是最常用和实用的IC检测方法。

2.直流工作电压测量

接通电源后，用万用表直流电压块测量直流电源电压和周围元件的工作电压，检测IC各引脚对地的直流电压值并与正常值进行比较。从而压缩误差范围。移除损坏的组件。测量时应注意以下八点

万用表的内阻必须至少大于被测电路电阻的10倍，以避免较大的测量误差。

一般将各个电位器旋至中间位置，对于电视，信号源应使用标准条信号发生器。