معرفی تراشه کلاس کنترل
تراشه کنترل عمدتاً به MCU (واحد میکروکنترلر) اشاره دارد، یعنی میکروکنترلر که به عنوان تراشه واحد نیز شناخته می‌شود، برای کاهش مناسب فرکانس و مشخصات CPU و حافظه، تایمر، تبدیل A/D، ساعت، پورت I/O و ارتباط سریال و سایر ماژول‌ها و رابط‌های کاربردی در یک تراشه واحد یکپارچه شده است. با درک عملکرد کنترل ترمینال، از مزایای عملکرد بالا، مصرف برق پایین، قابلیت برنامه‌ریزی و انعطاف‌پذیری بالا برخوردار است.
نمودار MCU از سطح گیج خودرو
طبق داده‌های IC Insights، صنعت خودرو یکی از حوزه‌های کاربردی بسیار مهم MCU است. در سال ۲۰۱۹، کاربرد جهانی MCU در الکترونیک خودرو حدود ۳۳ درصد بود. تعداد MCUSهای مورد استفاده در هر خودرو در مدل‌های پیشرفته نزدیک به ۱۰۰ عدد است، از کامپیوترهای رانندگی و ابزارهای LCD گرفته تا موتورها، شاسی و اجزای بزرگ و کوچک خودرو که به کنترل MCU نیاز دارند.
در روزهای اولیه، MCUS های 8 بیتی و 16 بیتی عمدتاً در خودروها استفاده می‌شدند، اما با افزایش مداوم الکترونیکی شدن و هوشمند شدن خودروها، تعداد و کیفیت MCUS های مورد نیاز نیز در حال افزایش است. در حال حاضر، نسبت MCUS های 32 بیتی در MCUS های خودرو به حدود 60 درصد رسیده است که از این میان، هسته سری Cortex شرکت ARM، به دلیل هزینه کم و کنترل توان عالی، انتخاب اصلی تولیدکنندگان MCU خودرو است.
پارامترهای اصلی MCU خودرو شامل ولتاژ کار، فرکانس کار، ظرفیت فلش و رم، ماژول تایمر و شماره کانال، ماژول ADC و شماره کانال، نوع و شماره رابط ارتباط سریال، شماره پورت ورودی/خروجی، دمای کار، شکل بسته‌بندی و سطح ایمنی عملکردی است.
با تقسیم بر تعداد بیت‌های CPU، MCUS خودرو را می‌توان عمدتاً به ۸ بیت، ۱۶ بیت و ۳۲ بیت تقسیم کرد. با ارتقاء فرآیند، هزینه MCUS 32 بیتی همچنان در حال کاهش است و اکنون به جریان اصلی تبدیل شده است و به تدریج جایگزین برنامه‌ها و بازارهایی می‌شود که در گذشته تحت سلطه MCUS 8/16 بیتی بودند.
اگر بر اساس زمینه کاربرد تقسیم‌بندی کنیم، MCU خودرو را می‌توان به حوزه بدنه، حوزه قدرت، حوزه شاسی، حوزه کابین خلبان و حوزه رانندگی هوشمند تقسیم کرد. برای حوزه کابین خلبان و حوزه رانندگی هوشمند، MCU باید قدرت محاسباتی بالا و رابط‌های ارتباطی خارجی پرسرعت مانند CAN FD و اترنت داشته باشد. حوزه بدنه نیز به تعداد زیادی رابط ارتباطی خارجی نیاز دارد، اما نیازهای قدرت محاسباتی MCU نسبتاً کم است، در حالی که حوزه قدرت و حوزه شاسی به دمای عملیاتی بالاتر و سطح ایمنی عملکردی بالاتری نیاز دارند.
تراشه کنترل دامنه شاسی
حوزه شاسی مربوط به رانندگی خودرو است و از سیستم انتقال قدرت، سیستم رانندگی، سیستم فرمان و سیستم ترمز تشکیل شده است. این حوزه از پنج زیرسیستم، یعنی فرمان، ترمز، تعویض دنده، دریچه گاز و سیستم تعلیق، تشکیل شده است. با توسعه هوش خودرو، تشخیص ادراک، برنامه‌ریزی تصمیم‌گیری و اجرای کنترل خودروهای هوشمند، سیستم‌های اصلی حوزه شاسی هستند. فرمان با سیم و سیستم فرمان با سیم، اجزای اصلی برای هدف اجرایی رانندگی خودکار هستند.
(1) الزامات شغلی
ECU دامنه شاسی از یک پلتفرم ایمنی عملکردی با کارایی بالا و مقیاس‌پذیر استفاده می‌کند و از خوشه‌بندی حسگرها و حسگرهای اینرسی چند محوره پشتیبانی می‌کند. بر اساس این سناریوی کاربردی، الزامات زیر برای MCU دامنه شاسی پیشنهاد شده است:
· فرکانس بالا و نیاز به قدرت محاسباتی بالا، فرکانس اصلی نباید کمتر از 200 مگاهرتز و قدرت محاسباتی نباید کمتر از 300DMIPS باشد.
· فضای ذخیره‌سازی فلش کمتر از 2 مگابایت نباشد، با پارتیشن فیزیکی فلش کد و فلش داده؛
· رم کمتر از ۵۱۲ کیلوبایت نباشد؛
· الزامات سطح ایمنی عملکردی بالا، می‌تواند به سطح ASIL-D برسد.
· پشتیبانی از ADC با دقت 12 بیتی؛
· پشتیبانی از تایمر 32 بیتی با دقت بالا و همگام‌سازی بالا؛
· پشتیبانی از CAN-FD چند کاناله؛
· پشتیبانی از حداقل 100M اترنت؛
· قابلیت اطمینان کمتر از AEC-Q100 Grade1 نیست.
· پشتیبانی از ارتقاء آنلاین (OTA)؛
· پشتیبانی از تابع تأیید میان‌افزار (الگوریتم مخفی ملی)؛
(2) الزامات عملکرد
· بخش هسته:
I. فرکانس هسته: یعنی فرکانس ساعت هنگام کار هسته، که برای نشان دادن سرعت نوسان سیگنال پالس دیجیتال هسته استفاده می‌شود و فرکانس اصلی نمی‌تواند مستقیماً سرعت محاسبه هسته را نشان دهد. سرعت عملکرد هسته همچنین به خط لوله هسته، حافظه پنهان، مجموعه دستورالعمل‌ها و غیره مربوط می‌شود.
II. قدرت محاسباتی: معمولاً می‌توان از DMIPS برای ارزیابی استفاده کرد. DMIPS واحدی است که عملکرد نسبی برنامه معیار یکپارچه MCU را هنگام آزمایش اندازه‌گیری می‌کند.
· پارامترهای حافظه:
I. حافظه کد: حافظه‌ای که برای ذخیره کد استفاده می‌شود؛
دوم. حافظه داده: حافظه‌ای که برای ذخیره داده‌ها استفاده می‌شود؛
III.RAM: حافظه‌ای که برای ذخیره موقت داده‌ها و کدها استفاده می‌شود.
· گذرگاه ارتباطی: شامل گذرگاه ویژه خودرو و گذرگاه ارتباطی متعارف؛
· لوازم جانبی با دقت بالا؛
· دمای عملیاتی؛
(3) الگوی صنعتی
از آنجایی که معماری الکتریکی و الکترونیکی مورد استفاده خودروسازان مختلف متفاوت خواهد بود، الزامات قطعات برای حوزه شاسی نیز متفاوت خواهد بود. با توجه به پیکربندی متفاوت مدل‌های مختلف یک کارخانه خودروسازی، انتخاب ECU برای ناحیه شاسی نیز متفاوت خواهد بود. این تمایزات منجر به الزامات مختلف MCU برای حوزه شاسی می‌شود. به عنوان مثال، هوندا آکورد از سه تراشه MCU حوزه شاسی و آئودی Q7 از حدود 11 تراشه MCU حوزه شاسی استفاده می‌کند. در سال 2021، تولید خودروهای سواری برند چینی حدود 10 میلیون دستگاه است که از این تعداد، میانگین تقاضا برای MCUS حوزه شاسی دوچرخه 5 دستگاه است و کل بازار به حدود 50 میلیون دستگاه رسیده است. تأمین‌کنندگان اصلی MCUS در سراسر حوزه شاسی، Infineon، NXP، Renesas، Microchip، TI و ST هستند. این پنج فروشنده بین‌المللی نیمه‌هادی بیش از 99 درصد از بازار MCUS حوزه شاسی را تشکیل می‌دهند.
(4) موانع صنعتی
از نقطه نظر فنی کلیدی، اجزای حوزه شاسی مانند EPS، EPB، ESC ارتباط نزدیکی با ایمنی جانی راننده دارند، بنابراین سطح ایمنی عملکردی MCU حوزه شاسی بسیار بالا است، اساساً الزامات سطح ASIL-D. این سطح ایمنی عملکردی MCU در چین خالی است. علاوه بر سطح ایمنی عملکردی، سناریوهای کاربردی اجزای شاسی الزامات بسیار بالایی برای فرکانس MCU، قدرت محاسباتی، ظرفیت حافظه، عملکرد جانبی، دقت جانبی و سایر جنبه‌ها دارند. MCU حوزه شاسی یک مانع صنعتی بسیار بلند ایجاد کرده است که نیاز به چالش کشیدن و شکستن آن توسط تولیدکنندگان داخلی MCU دارد.
از نظر زنجیره تأمین، به دلیل الزامات فرکانس بالا و قدرت محاسباتی بالا برای تراشه کنترل اجزای دامنه شاسی، الزامات نسبتاً بالایی برای فرآیند و فرآیند تولید ویفر مطرح شده است. در حال حاضر، به نظر می‌رسد که حداقل فرآیند ۵۵ نانومتری برای برآورده کردن الزامات فرکانس MCU بالای ۲۰۰ مگاهرتز مورد نیاز است. از این نظر، خط تولید MCU داخلی کامل نیست و به سطح تولید انبوه نرسیده است. تولیدکنندگان نیمه‌هادی بین‌المللی اساساً مدل IDM را اتخاذ کرده‌اند، از نظر ریخته‌گری ویفر، در حال حاضر فقط TSMC، UMC و GF قابلیت‌های مربوطه را دارند. تولیدکنندگان تراشه داخلی همگی شرکت‌های Fabless هستند و چالش‌ها و خطرات خاصی در تولید ویفر و تضمین ظرفیت وجود دارد.
در سناریوهای محاسباتی اصلی مانند رانندگی خودران، پردازنده‌های مرکزی سنتی به دلیل راندمان محاسباتی پایین، به سختی با الزامات محاسبات هوش مصنوعی سازگار می‌شوند و تراشه‌های هوش مصنوعی مانند Gpus، FPgas و ASIC با ویژگی‌های خاص خود، عملکرد بسیار خوبی در لبه و ابر دارند و به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. از منظر روندهای فناوری، GPU همچنان در کوتاه‌مدت تراشه غالب هوش مصنوعی خواهد بود و در بلندمدت، ASIC جهت نهایی است. از منظر روندهای بازار، تقاضای جهانی برای تراشه‌های هوش مصنوعی، شتاب رشد سریع خود را حفظ خواهد کرد و تراشه‌های ابری و لبه پتانسیل رشد بیشتری دارند و انتظار می‌رود نرخ رشد بازار در پنج سال آینده نزدیک به 50 درصد باشد. اگرچه پایه و اساس فناوری تراشه داخلی ضعیف است، اما با ورود سریع برنامه‌های هوش مصنوعی، حجم سریع تقاضای تراشه هوش مصنوعی فرصت‌هایی را برای رشد فناوری و قابلیت‌های شرکت‌های تراشه محلی ایجاد می‌کند. رانندگی خودران الزامات سختگیرانه‌ای در مورد قدرت محاسباتی، تأخیر و قابلیت اطمینان دارد. در حال حاضر، راه‌حل‌های GPU+FPGA بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. با پایداری الگوریتم‌ها و داده‌محور بودن، انتظار می‌رود ASICها فضای بازار را به دست آورند.
فضای زیادی روی تراشه CPU برای پیش‌بینی و بهینه‌سازی شاخه‌ها مورد نیاز است که باعث صرفه‌جویی در حالت‌های مختلف برای کاهش تأخیر در تعویض وظایف می‌شود. این امر همچنین آن را برای کنترل منطقی، عملیات سریال و عملیات داده‌ای از نوع عمومی مناسب‌تر می‌کند. به عنوان مثال، GPU و CPU را در نظر بگیرید، در مقایسه با CPU، GPU از تعداد زیادی واحد محاسباتی و یک خط لوله طولانی استفاده می‌کند، فقط یک منطق کنترل بسیار ساده دارد و حافظه پنهان (Cache) را حذف می‌کند. CPU نه تنها فضای زیادی را توسط حافظه پنهان اشغال می‌کند، بلکه دارای منطق کنترل پیچیده و مدارهای بهینه‌سازی زیادی نیز هست، در حالی که قدرت محاسباتی تنها بخش کوچکی از آن است.
تراشه کنترل دامنه قدرت
کنترل‌کننده دامنه توان، یک واحد مدیریت هوشمند سیستم انتقال قدرت است. با استفاده از CAN/FLEXRAY می‌توان به مدیریت انتقال قدرت، مدیریت باتری، نظارت بر تنظیم دینام دست یافت که عمدتاً برای بهینه‌سازی و کنترل سیستم انتقال قدرت استفاده می‌شود، در حالی که هم تشخیص خطای هوشمند الکتریکی و هم صرفه‌جویی در مصرف برق، ارتباط با باس و سایر عملکردها را در بر می‌گیرد.
(1) الزامات شغلی
MCU کنترل دامنه قدرت می‌تواند از کاربردهای اصلی در حوزه قدرت، مانند BMS، با الزامات زیر پشتیبانی کند:
· فرکانس اصلی بالا، فرکانس اصلی ۶۰۰ مگاهرتز تا ۸۰۰ مگاهرتز
· رم ۴ مگابایت
· الزامات سطح ایمنی عملکردی بالا، می‌تواند به سطح ASIL-D برسد.
· پشتیبانی از CAN-FD چند کاناله؛
· پشتیبانی از اترنت 2G؛
· قابلیت اطمینان کمتر از AEC-Q100 Grade1 نیست.
· پشتیبانی از تابع تأیید میان‌افزار (الگوریتم مخفی ملی)؛
(2) الزامات عملکرد
عملکرد بالا: این محصول، پردازنده دو هسته‌ای ARM Cortex R5 با قابلیت قفل شدن و حافظه SRAM 4 مگابایتی را برای پشتیبانی از افزایش توان محاسباتی و نیازهای حافظه برنامه‌های کاربردی خودرو ادغام می‌کند. پردازنده ARM Cortex-R5F تا 800 مگاهرتز. ایمنی بالا: استاندارد قابلیت اطمینان مشخصات خودرو AEC-Q100 به درجه 1 و سطح ایمنی عملکردی ISO26262 به ASIL D می‌رسد. پردازنده دو هسته‌ای با قابلیت قفل شدن می‌تواند تا 99٪ پوشش تشخیصی را به دست آورد. ماژول امنیت اطلاعات داخلی، مولد اعداد تصادفی واقعی، AES، RSA، ECC، SHA و شتاب‌دهنده‌های سخت‌افزاری را که با استانداردهای مربوط به امنیت دولتی و تجاری مطابقت دارند، ادغام می‌کند. ادغام این عملکردهای امنیت اطلاعات می‌تواند نیازهای برنامه‌های کاربردی مانند راه‌اندازی امن، ارتباط امن، به‌روزرسانی و ارتقاء امن میان‌افزار را برآورده کند.
تراشه کنترل ناحیه بدن
ناحیه بدنه عمدتاً مسئول کنترل عملکردهای مختلف بدنه است. با توسعه خودرو، کنترل‌کننده ناحیه بدنه نیز بیشتر و بیشتر می‌شود، به منظور کاهش هزینه کنترل‌کننده و کاهش وزن خودرو، یکپارچه‌سازی باید تمام دستگاه‌های عملکردی، از قسمت جلو، قسمت میانی خودرو و قسمت عقب خودرو، مانند چراغ ترمز عقب، چراغ موقعیت عقب، قفل درب عقب و حتی میله نگهدارنده دوبل را در یک کنترل‌کننده کامل ادغام کند.
کنترل‌کننده ناحیه بدن عموماً BCM، PEPS، TPMS، Gateway و سایر عملکردها را ادغام می‌کند، اما می‌تواند تنظیم صندلی، کنترل آینه عقب، کنترل تهویه مطبوع و سایر عملکردها، مدیریت جامع و یکپارچه هر محرک و تخصیص منطقی و مؤثر منابع سیستم را نیز گسترش دهد. عملکردهای یک کنترل‌کننده ناحیه بدن، همانطور که در زیر نشان داده شده است، متعدد هستند، اما محدود به موارد ذکر شده در اینجا نیستند.
(1) الزامات شغلی
خواسته‌های اصلی الکترونیک خودرو برای تراشه‌های کنترل MCU، پایداری بهتر، قابلیت اطمینان، امنیت، زمان واقعی و سایر ویژگی‌های فنی، و همچنین عملکرد محاسباتی و ظرفیت ذخیره‌سازی بالاتر و الزامات شاخص مصرف برق پایین‌تر است. کنترل‌کننده ناحیه بدنه به تدریج از یک استقرار عملکردی غیرمتمرکز به یک کنترل‌کننده بزرگ تبدیل شده است که تمام درایوهای اساسی الکترونیک بدنه، عملکردهای کلیدی، چراغ‌ها، درها، پنجره‌ها و غیره را ادغام می‌کند. طراحی سیستم کنترل ناحیه بدنه، روشنایی، شستشوی برف‌پاک‌کن، قفل‌های درب کنترل مرکزی، پنجره‌ها و سایر کنترل‌ها، کلیدهای هوشمند PEPS، مدیریت برق و غیره را ادغام می‌کند. همچنین CAN دروازه، CANFD و FLEXRAY قابل توسعه، شبکه LIN، رابط اترنت و فناوری توسعه و طراحی ماژول.
به طور کلی، الزامات کاری توابع کنترلی فوق الذکر برای تراشه کنترل اصلی MCU در ناحیه بدنه عمدتاً در جنبه‌های عملکرد محاسباتی و پردازشی، ادغام عملکردی، رابط ارتباطی و قابلیت اطمینان منعکس می‌شود. از نظر الزامات خاص، به دلیل تفاوت‌های عملکردی در سناریوهای مختلف کاربردی در ناحیه بدنه، مانند شیشه بالابر برقی، صندلی‌های اتوماتیک، درب عقب برقی و سایر کاربردهای بدنه، هنوز نیازهای کنترل موتور با راندمان بالا وجود دارد، چنین کاربردهای بدنه ای نیاز به MCU برای ادغام الگوریتم کنترل الکترونیکی FOC و سایر عملکردها دارد. علاوه بر این، سناریوهای کاربردی مختلف در ناحیه بدنه، الزامات متفاوتی برای پیکربندی رابط تراشه دارند. بنابراین، معمولاً لازم است MCU ناحیه بدنه مطابق با الزامات عملکردی و عملکردی سناریوی کاربرد خاص انتخاب شود و بر این اساس، عملکرد هزینه محصول، توانایی تأمین و خدمات فنی و سایر عوامل به طور جامع اندازه‌گیری شود.
(2) الزامات عملکرد
شاخص‌های مرجع اصلی تراشه MCU کنترل ناحیه بدن به شرح زیر است:
عملکرد: ARM Cortex-M4F@ 144MHz، 180DMIPS، حافظه نهان دستورالعمل داخلی 8 کیلوبایتی، پشتیبانی از واحد شتاب فلش برای اجرای برنامه، 0 ثانیه زمان انتظار.
حافظه رمزگذاری شده با ظرفیت بالا: تا ۵۱۲ کیلوبایت eFlash، پشتیبانی از ذخیره‌سازی رمزگذاری شده، مدیریت پارتیشن و حفاظت از داده‌ها، پشتیبانی از تأیید ECC، ۱۰۰۰۰۰ بار پاک کردن، ۱۰ سال نگهداری داده‌ها؛ ۱۴۴ کیلوبایت SRAM، پشتیبانی از برابری سخت‌افزاری.
رابط‌های ارتباطی غنی و یکپارچه: پشتیبانی از رابط‌های چند کاناله GPIO، USART، UART، SPI، QSPI، I2C، SDIO، USB2.0، CAN 2.0B، EMAC، DVP و سایر رابط‌ها.
شبیه‌ساز یکپارچه با کارایی بالا: پشتیبانی از مبدل آنالوگ به دیجیتال پرسرعت ۱۲ بیتی ۵ میلی‌ثانیه، تقویت‌کننده عملیاتی مستقل از خط به خط، مقایسه‌کننده آنالوگ پرسرعت، مبدل دیجیتال به آنالوگ ۱۲ بیتی ۱ میلی‌ثانیه؛ پشتیبانی از منبع ولتاژ مرجع مستقل ورودی خارجی، کلید لمسی خازنی چند کاناله؛ کنترل‌کننده DMA پرسرعت.
پشتیبانی از ورودی ساعت RC داخلی یا کریستال خارجی، تنظیم مجدد با قابلیت اطمینان بالا.
ساعت RTC با کالیبراسیون داخلی، پشتیبانی از تقویم دائمی سال کبیسه، رویدادهای هشدار، بیدارباش دوره‌ای.
پشتیبانی از شمارنده زمان با دقت بالا
ویژگی‌های امنیتی سطح سخت‌افزار: موتور شتاب سخت‌افزاری الگوریتم رمزگذاری، پشتیبانی از الگوریتم‌های AES، DES، TDES، SHA1/224/256، SM1، SM3، SM4، SM7، MD5؛ رمزگذاری حافظه فلش، مدیریت پارتیشن چند کاربره (MMU)، مولد اعداد تصادفی واقعی TRNG، عملکرد CRC16/32؛ پشتیبانی از محافظت در برابر نوشتن (WRP)، محافظت در برابر خواندن چندگانه (RDP) در سطوح (L0/L1/L2)؛ پشتیبانی از راه‌اندازی امنیتی، دانلود رمزگذاری برنامه، به‌روزرسانی امنیتی.
پشتیبانی از نظارت بر خرابی ساعت و نظارت بر ضد تخریب.
شناسه کاربری (UID) 96 بیتی و شناسه کاربری (UCID) 128 بیتی.
محیط کاری بسیار قابل اعتماد: 1.8 ولت ~ 3.6 ولت / -40℃ ~ 105℃.
(3) الگوی صنعتی
سیستم الکترونیکی بدنه خودرو برای شرکت‌های خارجی و داخلی در مراحل اولیه رشد است. شرکت‌های خارجی در زمینه‌هایی مانند BCM، PEPS، درها و پنجره‌ها، کنترل‌کننده صندلی و سایر محصولات تک‌منظوره، انباشت فنی عمیقی دارند، در حالی که شرکت‌های بزرگ خارجی پوشش گسترده‌ای از خطوط تولید دارند که زمینه را برای انجام محصولات یکپارچه‌سازی سیستم فراهم می‌کند. شرکت‌های داخلی در استفاده از بدنه خودرو با انرژی نو مزایای خاصی دارند. به عنوان مثال، BYD را در نظر بگیرید، در خودروی انرژی نو BYD، بدنه به دو ناحیه چپ و راست تقسیم شده است و محصول یکپارچه‌سازی سیستم بازآرایی و تعریف شده است. با این حال، از نظر تراشه‌های کنترل بدنه خودرو، تأمین‌کننده اصلی MCU هنوز Infineon، NXP، Renesas، Microchip، ST و سایر تولیدکنندگان بین‌المللی تراشه است و تولیدکنندگان تراشه داخلی در حال حاضر سهم بازار کمی دارند.
(4) موانع صنعتی
از منظر ارتباطات، فرآیند تکامل معماری سنتی - معماری هیبریدی - پلتفرم نهایی کامپیوتر خودرو وجود دارد. تغییر در سرعت ارتباطات و همچنین کاهش قیمت قدرت محاسباتی پایه با ایمنی عملکردی بالا، کلید اصلی است و می‌توان به تدریج سازگاری عملکردهای مختلف را در سطح الکترونیکی کنترلر پایه در آینده محقق کرد. به عنوان مثال، کنترلر ناحیه بدنه می‌تواند عملکردهای سنتی BCM، PEPS و ضد لرزش موجی را ادغام کند. به طور نسبی، موانع فنی تراشه کنترل ناحیه بدنه کمتر از ناحیه قدرت، ناحیه کابین خلبان و غیره است و انتظار می‌رود تراشه‌های داخلی در ایجاد یک پیشرفت بزرگ در ناحیه بدنه پیشگام باشند و به تدریج جایگزینی داخلی را محقق کنند. در سال‌های اخیر، بازار MCU داخلی در ناحیه بدنه، نصب جلو و عقب، شتاب توسعه بسیار خوبی داشته است.
تراشه کنترل کابین خلبان
الکتریکی‌سازی، هوشمندسازی و شبکه‌سازی، توسعه معماری الکترونیکی و الکتریکی خودرو را به سمت کنترل دامنه تسریع کرده‌اند و کابین خلبان نیز به سرعت از سیستم سرگرمی صوتی و تصویری خودرو به کابین خلبان هوشمند در حال توسعه است. کابین خلبان با رابط تعامل انسان و کامپیوتر ارائه می‌شود، اما چه سیستم سرگرمی قبلی باشد و چه کابین خلبان هوشمند فعلی، علاوه بر داشتن یک SOC قدرتمند با سرعت محاسباتی بالا، به یک MCU با زمان واقعی بالا نیز نیاز دارد تا تعامل داده‌ها با خودرو را مدیریت کند. محبوبیت تدریجی خودروهای تعریف‌شده توسط نرم‌افزار، OTA و Autosar در کابین خلبان هوشمند، الزامات منابع MCU در کابین خلبان را به طور فزاینده‌ای افزایش می‌دهد. به طور خاص در افزایش تقاضا برای ظرفیت FLASH و RAM منعکس شده است، تقاضای تعداد پین نیز در حال افزایش است، عملکردهای پیچیده‌تر به قابلیت‌های اجرای برنامه قوی‌تری نیاز دارند، اما رابط گذرگاه غنی‌تری نیز دارند.
(1) الزامات شغلی
MCU در فضای کابین عمدتاً مدیریت توان سیستم، مدیریت زمان روشن شدن، مدیریت شبکه، تشخیص عیب، تعامل داده‌های خودرو، کلید، مدیریت نور پس زمینه، مدیریت ماژول DSP/FM صوتی، مدیریت زمان سیستم و سایر عملکردها را انجام می‌دهد.
الزامات منابع MCU:
· فرکانس اصلی و قدرت محاسباتی الزامات خاصی دارند، فرکانس اصلی نباید کمتر از ۱۰۰ مگاهرتز و قدرت محاسباتی نباید کمتر از ۲۰۰DMIPS باشد؛
· فضای ذخیره‌سازی فلش کمتر از 1 مگابایت نباشد، با پارتیشن فیزیکی فلش کد و فلش داده؛
· رم کمتر از ۱۲۸ کیلوبایت نباشد؛
· الزامات سطح ایمنی عملکردی بالا، می‌تواند به سطح ASIL-B برسد.
· پشتیبانی از ADC چند کاناله؛
· پشتیبانی از CAN-FD چند کاناله؛
· مقررات خودرو درجه AEC-Q100 درجه 1؛
· پشتیبانی از ارتقاء آنلاین (OTA)، پشتیبانی از فلش دو بانک؛
· موتور رمزگذاری اطلاعات سطح SHE/HSM-light و بالاتر برای پشتیبانی از راه‌اندازی ایمن مورد نیاز است.
· تعداد پین کمتر از 100 پین نباشد.
(2) الزامات عملکرد
پورت IO از منبع تغذیه با ولتاژ گسترده (5.5 ولت ~ 2.7 ولت) پشتیبانی می‌کند، پورت IO از استفاده در شرایط اضافه ولتاژ پشتیبانی می‌کند.
بسیاری از ورودی‌های سیگنال با توجه به ولتاژ باتری منبع تغذیه نوسان می‌کنند و ممکن است اضافه ولتاژ رخ دهد. اضافه ولتاژ می‌تواند پایداری و قابلیت اطمینان سیستم را بهبود بخشد.
عمر حافظه:
چرخه عمر خودرو بیش از 10 سال است، بنابراین حافظه برنامه و حافظه داده MCU خودرو باید عمر طولانی‌تری داشته باشند. حافظه برنامه و حافظه داده باید پارتیشن‌های فیزیکی جداگانه‌ای داشته باشند و حافظه برنامه باید دفعات کمتری پاک شود، بنابراین Endurance>10K است، در حالی که حافظه داده باید دفعات بیشتری پاک شود، بنابراین باید تعداد دفعات پاک شدن بیشتری داشته باشد. به نشانگر فلش داده مراجعه کنید. Endurance>100K، 15 سال (<1K). 10 سال (<100K).
رابط گذرگاه ارتباطی؛
بار ارتباطی باس روی وسیله نقلیه بیشتر و بیشتر می‌شود، بنابراین CAN CAN سنتی دیگر پاسخگوی تقاضای ارتباطی نیست، تقاضا برای باس CAN-FD پرسرعت بیشتر و بیشتر می‌شود، پشتیبانی از CAN-FD به تدریج به استاندارد MCU تبدیل شده است.
(3) الگوی صنعتی
در حال حاضر، نسبت MCU کابین هوشمند داخلی هنوز بسیار پایین است و تأمین‌کنندگان اصلی هنوز NXP، Renesas، Infineon، ST، Microchip و سایر تولیدکنندگان بین‌المللی MCU هستند. تعدادی از تولیدکنندگان MCU داخلی در این طرح قرار گرفته‌اند، عملکرد بازار هنوز مشخص نیست.
(4) موانع صنعتی
سطح تنظیم کابین هوشمند خودرو و سطح ایمنی عملکردی آن نسبتاً زیاد نیست، عمدتاً به دلیل انباشت دانش فنی و نیاز به تکرار و بهبود مداوم محصول. در عین حال، به دلیل اینکه خطوط تولید MCU زیادی در کارخانه‌های داخلی وجود ندارد، این فرآیند نسبتاً عقب مانده است و دستیابی به زنجیره تأمین تولید ملی مدتی طول می‌کشد و ممکن است هزینه‌های بالاتری داشته باشد و فشار رقابت با تولیدکنندگان بین‌المللی بیشتر است.
کاربرد تراشه کنترل خانگی
تراشه‌های کنترل خودرو عمدتاً مبتنی بر MCU خودرو هستند و شرکت‌های پیشرو داخلی مانند Ziguang Guowei، Huada Semiconductor، Shanghai Xinti، Zhaoyi Innovation، Jiefa Technology، Xinchi Technology، Beijing Junzheng، Shenzhen Xihua، Shanghai Qipuwei، National Technology و غیره، همگی دارای توالی محصولات MCU در مقیاس خودرو هستند که در حال حاضر بر اساس معماری ARM ساخته شده‌اند و محصولات غول‌های خارجی را معیار قرار می‌دهند. برخی از شرکت‌ها نیز تحقیق و توسعه معماری RISC-V را انجام داده‌اند.
در حال حاضر، تراشه کنترل خودرو داخلی عمدتاً در بازار خودروهای با بار جلو استفاده می‌شود و در حوزه بدنه و سرگرمی اطلاعاتی روی خودرو اعمال شده است، در حالی که در شاسی، حوزه قدرت و سایر زمینه‌ها، هنوز تحت سلطه غول‌های تراشه خارجی مانند stmicroelectronics، NXP، Texas Instruments و Microchip Semiconductor است و تنها تعداد کمی از شرکت‌های داخلی به تولید انبوه رسیده‌اند. در حال حاضر، Chipchi، تولیدکننده تراشه داخلی، محصولات سری E3 تراشه کنترل با کارایی بالا را بر اساس ARM Cortex-R5F در آوریل 2022 منتشر خواهد کرد که سطح ایمنی عملکردی آن به ASIL D می‌رسد، سطح دما از AEC-Q100 درجه 1 پشتیبانی می‌کند، فرکانس CPU تا 800 مگاهرتز و تا 6 هسته CPU دارد. این محصول با بالاترین عملکرد در MCU گیج خودرو تولید انبوه موجود است و شکاف موجود در بازار MCU گیج خودرو با سطح ایمنی بالا و سطح بالای داخلی را پر می‌کند، با عملکرد و قابلیت اطمینان بالا، می‌تواند در BMS، ADAS، VCU، شاسی بای-سیم، ابزار دقیق، HUD، آینه عقب هوشمند و سایر زمینه‌های اصلی کنترل خودرو استفاده شود. بیش از ۱۰۰ مشتری از جمله GAC، Geely و غیره، E3 را برای طراحی محصول خود پذیرفته‌اند.
کاربرد محصولات اصلی کنترل کننده داخلی
زمان ارسال: ۱۹ ژوئیه ۲۰۲۳
