ما هي وحدة التحكم الدقيقة بمقياس السيارة؟ تعلّم بنقرة واحدة

مقدمة لشريحة التحكم
تشير شريحة التحكم بشكل أساسي إلى وحدة التحكم الدقيقة (MCU)، أي وحدة التحكم الدقيقة، والمعروفة أيضًا باسم الشريحة المفردة، والتي تُستخدم لتقليل تردد وحدة المعالجة المركزية ومواصفاتها بشكل مناسب، حيث تُدمج الذاكرة، والمؤقت، ومحول التناظري إلى الرقمي، والساعة، ومنفذ الإدخال/الإخراج، والاتصالات التسلسلية، وغيرها من الوحدات والواجهات الوظيفية على شريحة واحدة. بفضل وظيفة التحكم الطرفية، تتميز هذه الشريحة بالأداء العالي، وانخفاض استهلاك الطاقة، وقابلية البرمجة، والمرونة العالية.
مخطط وحدة التحكم الدقيقة لمستوى مقياس السيارة

يُعدّ قطاع السيارات مجال تطبيق بالغ الأهمية لوحدات التحكم الدقيقة (MCU). ووفقًا لبيانات IC Insights، في عام 2019، شكّل تطبيق وحدات التحكم الدقيقة (MCU) عالميًا في إلكترونيات السيارات حوالي 33%. ويقارب عدد وحدات التحكم الدقيقة (MCUS) المستخدمة في كل سيارة في الطرازات الفاخرة 100 وحدة، بدءًا من أجهزة الكمبيوتر، وشاشات LCD، ووصولًا إلى المحركات، والهياكل، والمكونات الكبيرة والصغيرة في السيارة التي تحتاج إلى تحكم MCU.
 
في البداية، كانت وحدات التحكم الدقيقة (MCUS) 8 بت و16 بت تُستخدم بشكل رئيسي في السيارات، ولكن مع التطور المستمر في إلكترونيات السيارات وذكائها، يتزايد عدد وحدات التحكم الدقيقة المطلوبة وجودتها. حاليًا، وصلت نسبة وحدات التحكم الدقيقة (MCUS) 32 بت في وحدات التحكم الدقيقة للسيارات إلى حوالي 60%، وتُعدّ نواة سلسلة Cortex من ARM الخيار الأمثل لمصنعي وحدات التحكم الدقيقة للسيارات، نظرًا لانخفاض تكلفتها وتحكمها الممتاز في الطاقة.
 
تشمل المعلمات الرئيسية لوحدة التحكم الدقيقة للسيارات جهد التشغيل، وتردد التشغيل، وسعة الفلاش والذاكرة العشوائية، ووحدة المؤقت ورقم القناة، ووحدة المحول التناظري الرقمي ورقم القناة، ونوع واجهة الاتصال التسلسلي ورقمها، ورقم منفذ الإدخال/الإخراج I/O، ودرجة حرارة التشغيل، وشكل العبوة ومستوى السلامة الوظيفية.
 
بناءً على بتات وحدة المعالجة المركزية، يمكن تقسيم وحدات التحكم الدقيقة (MCUS) في السيارات بشكل رئيسي إلى 8 بتات، و16 بت، و32 بت. مع ترقية العملية، استمر انخفاض تكلفة وحدات التحكم الدقيقة (MCUS) ذات 32 بت، وأصبحت الآن شائعة الاستخدام، وتحل تدريجيًا محل التطبيقات والأسواق التي كانت تهيمن عليها وحدات التحكم الدقيقة (MCUS) ذات 8/16 بت سابقًا.
 
إذا قُسِّمت وحدة التحكم الدقيقة (MCU) للسيارات حسب مجال تطبيقها، فيمكن تقسيمها إلى: هيكل السيارة، وطاقة المحرك، وهيكل السيارة، وقمرة القيادة، والقيادة الذكية. في قمرة القيادة والقيادة الذكية، تحتاج وحدة التحكم الدقيقة إلى قوة حوسبة عالية وواجهات اتصال خارجية عالية السرعة، مثل CAN FD وEthernet. كما يتطلب هيكل السيارة عددًا كبيرًا من واجهات الاتصال الخارجية، إلا أن متطلبات قوة الحوسبة لوحدة التحكم الدقيقة منخفضة نسبيًا، بينما يتطلب كلٌّ من الطاقة والهيكل درجة حرارة تشغيل أعلى ومستويات أمان وظيفية أعلى.
 
شريحة التحكم في نطاق الهيكل
يرتبط مجال الشاسيه بقيادة السيارة، ويتألف من نظام ناقل الحركة، ونظام القيادة، ونظام التوجيه، ونظام الكبح. ويتكون من خمسة أنظمة فرعية: التوجيه، والكبح، وتغيير السرعة، وخانق الوقود، ونظام التعليق. مع تطور ذكاء السيارات، أصبحت أنظمة الإدراك، وتخطيط القرارات، وتنفيذ التحكم في المركبات الذكية هي الأنظمة الأساسية لمجال الشاسيه. ويُعد التوجيه السلكي والقيادة السلكية المكونات الأساسية للجانب التنفيذي للقيادة الآلية.
 
(1) متطلبات الوظيفة
 
تستخدم وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) في نطاق الهيكل منصة أمان وظيفية عالية الأداء وقابلة للتطوير، وتدعم تجميع المستشعرات ومستشعرات القصور الذاتي متعددة المحاور. بناءً على هذا السيناريو التطبيقي، تُقترح المتطلبات التالية لوحدة التحكم الدقيقة في نطاق الهيكل:
 
· متطلبات التردد العالي وقوة الحوسبة العالية، التردد الرئيسي لا يقل عن 200 ميجا هرتز وقوة الحوسبة لا تقل عن 300DMIPS
· مساحة تخزين الفلاش لا تقل عن 2 ميجا بايت، مع كود الفلاش وقسم البيانات الفلاش المادي؛
· ذاكرة الوصول العشوائي لا تقل عن 512 كيلو بايت؛
· متطلبات مستوى السلامة الوظيفية العالية، يمكن أن تصل إلى مستوى ASIL-D؛
· دعم دقة 12 بت ADC؛
· دعم دقة عالية 32 بت، ومؤقت مزامنة عالية؛
· دعم CAN-FD متعدد القنوات؛
· دعم لا يقل عن 100 ميجا إيثرنت؛
· موثوقية لا تقل عن الدرجة الأولى وفقًا لمعيار AEC-Q100؛
· دعم الترقية عبر الإنترنت (OTA)؛
· دعم وظيفة التحقق من البرامج الثابتة (خوارزمية السرية الوطنية)؛
 
(2) متطلبات الأداء
 
· جزء النواة:
 
تردد النواة: هو تردد الساعة أثناء عمل النواة، ويُستخدم لتمثيل سرعة تذبذب إشارة النبضة الرقمية للنواة، ولا يُمكن للتردد الرئيسي تمثيل سرعة حساب النواة مباشرةً. ترتبط سرعة تشغيل النواة أيضًا بخط أنابيب النواة، وذاكرة التخزين المؤقت، ومجموعة التعليمات، وما إلى ذلك.
 
II. قوة الحوسبة: عادةً ما يُستخدم DMIPS للتقييم. DMIPS هي وحدة تقيس الأداء النسبي لبرنامج القياس المتكامل مع وحدة التحكم الدقيقة (MCU) عند اختباره.
 
· معلمات الذاكرة:
 
1. ذاكرة الكود: الذاكرة المستخدمة لتخزين الكود؛
II. ذاكرة البيانات: الذاكرة المستخدمة لتخزين البيانات؛
III.RAM: الذاكرة المستخدمة لتخزين البيانات المؤقتة والرموز.
 
· حافلة الاتصالات: بما في ذلك الحافلة الخاصة بالسيارات وحافلة الاتصالات التقليدية؛
· الأجهزة الطرفية عالية الدقة؛
· درجة حرارة التشغيل؛
 
(3) النمط الصناعي
 
نظرًا لاختلاف البنية الكهربائية والإلكترونية المستخدمة من قبل شركات تصنيع السيارات المختلفة، ستختلف متطلبات المكونات لمجال الهيكل. ونظرًا لاختلاف تكوين الطرز المختلفة من نفس مصنع السيارات، سيختلف اختيار وحدة التحكم الإلكترونية لمنطقة الهيكل. وستؤدي هذه الاختلافات إلى متطلبات مختلفة لوحدة التحكم الدقيقة لمجال الهيكل. على سبيل المثال، تستخدم هوندا أكورد ثلاث شرائح وحدة تحكم دقيقة لمجال الهيكل، وتستخدم أودي Q7 حوالي 11 شريحة وحدة تحكم دقيقة لمجال الهيكل. في عام 2021، بلغ إنتاج سيارات الركاب ذات العلامات التجارية الصينية حوالي 10 ملايين، منها متوسط ​​الطلب على مجال هيكل الدراجات MCUS هو 5، وبلغ إجمالي السوق حوالي 50 مليون. والموردون الرئيسيون لـ MCUS في جميع أنحاء مجال الهيكل هم Infineon و NXP و Renesas و Microchip و TI و ST. وتمثل هذه الشركات الخمس الدولية لأشباه الموصلات أكثر من 99٪ من سوق مجال هيكل MCUS.
 
(4) الحواجز الصناعية
 
من الناحية التقنية الأساسية، ترتبط مكونات الهيكل، مثل EPS وEPB وESC، ارتباطًا وثيقًا بسلامة حياة السائق، لذا فإن مستوى السلامة الوظيفية لوحدة التحكم الدقيقة (MCU) في الهيكل مرتفع للغاية، ويتطلب أساسًا مستوى ASIL-D. هذا المستوى من السلامة الوظيفية لوحدة التحكم الدقيقة غير متوفر في الصين. بالإضافة إلى مستوى السلامة الوظيفية، تتطلب سيناريوهات تطبيق مكونات الهيكل متطلبات عالية جدًا لتردد وحدة التحكم الدقيقة، وقوة الحوسبة، وسعة الذاكرة، والأداء المحيطي، ودقة الأجهزة الطرفية، وغيرها. شكلت وحدة التحكم الدقيقة في الهيكل حاجزًا صناعيًا عاليًا للغاية، مما يتطلب من مصنعي وحدات التحكم الدقيقة المحليين تحديه وتجاوزه.
 
فيما يتعلق بسلسلة التوريد، ونظرًا لمتطلبات التردد العالي وقدرة الحوسبة العالية لشريحة التحكم في مكونات نطاق الهيكل، تُطرح متطلبات عالية نسبيًا لعملية إنتاج الرقاقة. في الوقت الحالي، يبدو أن عملية 55 نانومتر على الأقل مطلوبة لتلبية متطلبات تردد وحدة التحكم الدقيقة (MCU) التي تزيد عن 200 ميجاهرتز. في هذا الصدد، لم يكتمل خط إنتاج وحدة التحكم الدقيقة المحلي بعد ولم يصل إلى مستوى الإنتاج الضخم. تبنى مصنعو أشباه الموصلات الدوليون بشكل أساسي نموذج IDM، ومن حيث مصانع الرقاقات، تمتلك حاليًا شركات TSMC وUMC وGF فقط القدرات المقابلة. جميع مصنعي الرقاقات المحليين شركات بدون مصانع، وهناك تحديات ومخاطر معينة في تصنيع الرقاقات وضمان السعة.
 
في سيناريوهات الحوسبة الأساسية، مثل القيادة الذاتية، يصعب على وحدات المعالجة المركزية التقليدية متعددة الأغراض التكيف مع متطلبات حوسبة الذكاء الاصطناعي نظرًا لانخفاض كفاءتها الحاسوبية. تتميز شرائح الذكاء الاصطناعي، مثل وحدات معالجة الرسومات (GPUs) ووحدات FPGA وASICs، بأداء ممتاز في الحوسبة الطرفية والسحابية بخصائصها الخاصة، وتُستخدم على نطاق واسع. من منظور اتجاهات التكنولوجيا، ستظل وحدة معالجة الرسومات (GPU) هي شريحة الذكاء الاصطناعي المهيمنة على المدى القصير، وعلى المدى الطويل، تُمثل ASIC الاتجاه الأمثل. من منظور اتجاهات السوق، سيحافظ الطلب العالمي على شرائح الذكاء الاصطناعي على زخم نمو سريع، وتتمتع شرائح الحوسبة السحابية والحافة بإمكانيات نمو أكبر، ومن المتوقع أن يصل معدل نمو السوق إلى ما يقارب 50% في السنوات الخمس المقبلة. على الرغم من ضعف أساس تكنولوجيا الشرائح المحلية، إلا أنه مع الانتشار السريع لتطبيقات الذكاء الاصطناعي، فإن الحجم السريع للطلب على شرائح الذكاء الاصطناعي يُتيح فرصًا لنمو التكنولوجيا والقدرات لشركات الشرائح المحلية. تتطلب القيادة الذاتية متطلبات صارمة فيما يتعلق بقوة الحوسبة والتأخير والموثوقية. في الوقت الحالي، تُستخدم حلول GPU+FPGA في الغالب. مع استقرار الخوارزميات واعتمادها على البيانات، من المتوقع أن تكتسب ASICs مساحة في السوق.
 
يتطلب التنبؤ بالفروع وتحسينها مساحة كبيرة على شريحة وحدة المعالجة المركزية، مما يوفر حالات مختلفة ويقلل من زمن انتقال المهام. هذا يجعلها أكثر ملاءمة للتحكم المنطقي، والعمليات التسلسلية، وعمليات البيانات العامة. لنأخذ وحدة معالجة الرسومات (GPU) ووحدة المعالجة المركزية (CPU) كمثال، فمقارنةً بوحدة المعالجة المركزية، تستخدم وحدة معالجة الرسومات عددًا كبيرًا من وحدات الحوسبة ومسارًا طويلًا، ومنطق تحكم بسيطًا للغاية، وتستغني عن ذاكرة التخزين المؤقت. لا تشغل وحدة المعالجة المركزية مساحة كبيرة فقط بواسطة ذاكرة التخزين المؤقت، بل تحتوي أيضًا على منطق تحكم معقد ودوائر تحسين متعددة، مقارنةً بقوة الحوسبة التي لا تُمثل سوى جزء صغير.
شريحة التحكم في مجال الطاقة
وحدة تحكم مجال الطاقة هي وحدة إدارة ذكية لمجموعة نقل الحركة. مزودة بتقنية CAN/FLEXRAY لإدارة ناقل الحركة، وإدارة البطارية، ومراقبة تنظيم المولد، تُستخدم بشكل رئيسي لتحسين وتحكم مجموعة نقل الحركة، بالإضافة إلى التشخيص الذكي للأعطال الكهربائية وتوفير الطاقة الذكي، واتصالات الناقل، وغيرها من الوظائف.
 
(1) متطلبات الوظيفة
 
يمكن لوحدة التحكم الدقيقة في مجال الطاقة دعم التطبيقات الرئيسية في مجال الطاقة، مثل BMS، مع المتطلبات التالية:
 
· تردد رئيسي عالي، التردد الرئيسي 600 ميجا هرتز ~ 800 ميجا هرتز
· ذاكرة الوصول العشوائي 4 ميجابايت
· متطلبات مستوى السلامة الوظيفية العالية، يمكن أن تصل إلى مستوى ASIL-D؛
· دعم CAN-FD متعدد القنوات؛
· دعم إيثرنت 2G؛
· موثوقية لا تقل عن الدرجة الأولى وفقًا لمعيار AEC-Q100؛
· دعم وظيفة التحقق من البرامج الثابتة (خوارزمية السرية الوطنية)؛
 
(2) متطلبات الأداء
 
أداء عالٍ: يدمج المنتج وحدة المعالجة المركزية ARM Cortex R5 ثنائية النواة بتقنية القفل التدريجي وذاكرة SRAM مدمجة بسعة 4 ميجابايت لدعم متطلبات الحوسبة والذاكرة المتزايدة لتطبيقات السيارات. يصل تردد وحدة المعالجة المركزية ARM Cortex-R5F إلى 800 ميجاهرتز. أمان عالٍ: يصل معيار موثوقية مواصفات السيارة AEC-Q100 إلى الدرجة الأولى، ويصل مستوى الأمان الوظيفي ISO26262 إلى ASIL D. يمكن لوحدة المعالجة المركزية ثنائية النواة بتقنية القفل التدريجي تحقيق تغطية تشخيصية تصل إلى 99%. تدمج وحدة أمان المعلومات المدمجة مولد الأرقام العشوائية الحقيقي، وAES، وRSA، وECC، وSHA، ومسرعات الأجهزة التي تتوافق مع المعايير ذات الصلة لأمن الدولة والأعمال. يُلبي دمج وظائف أمان المعلومات هذه احتياجات التطبيقات مثل بدء التشغيل الآمن، والاتصالات الآمنة، وتحديث البرامج الثابتة وترقيتها بشكل آمن.
شريحة التحكم في منطقة الجسم
منطقة الهيكل مسؤولة بشكل رئيسي عن التحكم في مختلف وظائف الهيكل. مع تطور المركبات، يتزايد استخدام وحدة تحكم منطقة الهيكل، مما يقلل من تكلفة وحدة التحكم ووزنها، ويتطلب دمج جميع الأجهزة الوظيفية، من الأمام والوسط والخلف، مثل ضوء الفرامل الخلفي، وضوء الموضع الخلفي، وقفل الباب الخلفي، وحتى قضيب التثبيت المزدوج، في وحدة تحكم متكاملة.
 
يدمج جهاز التحكم في مساحة الهيكل عادةً أنظمة BCM وPEPS وTPMS وGateway وغيرها من الوظائف، كما يمكنه توسيع نطاق ضبط المقعد، والتحكم في مرآة الرؤية الخلفية، والتحكم في تكييف الهواء، وغيرها من الوظائف، وإدارة شاملة وموحدة لكل مُشغِّل، وتوزيع موارد النظام بكفاءة وفعالية. وظائف جهاز التحكم في مساحة الهيكل متعددة، كما هو موضح أدناه، ولكنها لا تقتصر على الوظائف المذكورة هنا.

(1) متطلبات الوظيفة
تتمثل المتطلبات الرئيسية لإلكترونيات السيارات لرقائق التحكم في وحدات التحكم الدقيقة (MCU) في تحسين الاستقرار والموثوقية والأمان والدقة في الوقت الفعلي وغيرها من الخصائص التقنية، بالإضافة إلى أداء حوسبة وسعة تخزين أعلى، ومتطلبات مؤشر استهلاك طاقة أقل. وقد تطورت وحدة التحكم في مساحة الهيكل تدريجيًا من نظام وظيفي لامركزي إلى وحدة تحكم كبيرة تدمج جميع المحركات الأساسية لإلكترونيات الهيكل، والوظائف الرئيسية، والإضاءة، والأبواب، والنوافذ، وغيرها. ويدمج تصميم نظام التحكم في مساحة الهيكل الإضاءة، وغسل المساحات، وأقفال الأبواب المركزية، والنوافذ، وغيرها من عناصر التحكم، ومفاتيح PEPS الذكية، وإدارة الطاقة، وغيرها. بالإضافة إلى بوابة CAN، وCANFD القابلة للتوسيع وFLEXRAY، وشبكة LIN، وواجهة Ethernet، وتكنولوجيا تطوير وتصميم الوحدات.
 
بشكل عام، تنعكس متطلبات عمل وظائف التحكم المذكورة أعلاه لشريحة التحكم الرئيسية لوحدة التحكم الدقيقة (MCU) في منطقة الهيكل بشكل رئيسي في جوانب أداء الحوسبة والمعالجة، والتكامل الوظيفي، وواجهة الاتصال، والموثوقية. أما فيما يتعلق بالمتطلبات الخاصة، فنظرًا للاختلافات الوظيفية في سيناريوهات التطبيقات الوظيفية المختلفة في منطقة الهيكل، مثل النوافذ الكهربائية، والمقاعد الأوتوماتيكية، والباب الخلفي الكهربائي، وتطبيقات الهيكل الأخرى، لا تزال هناك حاجة إلى تحكم عالي الكفاءة في المحركات، وتتطلب هذه التطبيقات من وحدة التحكم الدقيقة دمج خوارزمية التحكم الإلكتروني FOC ووظائف أخرى. بالإضافة إلى ذلك، تختلف متطلبات تكوين واجهة الشريحة باختلاف سيناريوهات التطبيقات المختلفة في منطقة الهيكل. لذلك، عادةً ما يكون من الضروري اختيار وحدة التحكم الدقيقة لمنطقة الهيكل وفقًا للمتطلبات الوظيفية ومتطلبات الأداء الخاصة بسيناريو التطبيق المحدد، وبناءً على ذلك، يتم إجراء قياس شامل لأداء تكلفة المنتج، والقدرة على التوريد، والخدمة الفنية، وعوامل أخرى.
 
(2) متطلبات الأداء
المؤشرات المرجعية الرئيسية لشريحة وحدة التحكم الدقيقة في منطقة الجسم هي كما يلي:
الأداء: ARM Cortex-M4F@ 144MHz، 180DMIPS، ذاكرة تخزين مؤقتة مدمجة للتعليمات بحجم 8KB، تدعم وحدة تسريع الفلاش لتنفيذ البرنامج 0 انتظار.
ذاكرة مشفرة ذات سعة كبيرة: ما يصل إلى 512 كيلو بايت من eFlash، تدعم التخزين المشفر وإدارة الأقسام وحماية البيانات، وتدعم التحقق من ECC، و100000 مرة مسح، و10 سنوات من الاحتفاظ بالبيانات؛ 144 كيلو بايت من SRAM، وتدعم تكافؤ الأجهزة.
واجهات اتصال غنية متكاملة: تدعم GPIO متعدد القنوات، USART، UART، SPI، QSPI، I2C، SDIO، USB2.0، CAN 2.0B، EMAC، DVP وغيرها من الواجهات.
محاكي عالي الأداء متكامل: يدعم محول تناظري إلى رقمي عالي السرعة 12 بت 5 ميجابايت في الثانية، ومضخم تشغيلي مستقل عن السكة إلى السكة، ومقارن تناظري عالي السرعة، ومحول رقمي إلى تناظري 12 بت 1 ميجابايت في الثانية؛ يدعم مصدر جهد مرجعي مستقل عن الإدخال الخارجي، ومفتاح لمس سعوي متعدد القنوات؛ وحدة تحكم DMA عالية السرعة.
 
يدعم مدخل ساعة الكريستال RC الداخلي أو الخارجي، وإعادة الضبط بدرجة عالية من الموثوقية.
ساعة RTC معايرة مدمجة في الوقت الحقيقي، تدعم تقويم السنة الكبيسة الدائم، وأحداث التنبيه، والاستيقاظ الدوري.
يدعم عداد التوقيت عالي الدقة.
ميزات الأمان على مستوى الأجهزة: محرك تسريع الأجهزة لخوارزمية التشفير، ويدعم خوارزميات AES وDES وTDES وSHA1/224/256 وSM1 وSM3 وSM4 وSM7 وMD5؛ تشفير تخزين الفلاش، وإدارة قسم متعدد المستخدمين (MMU)، ومولد الأرقام العشوائية الحقيقية TRNG، وتشغيل CRC16/32؛ دعم حماية الكتابة (WRP)، ومستويات حماية القراءة المتعددة (RDP) (L0/L1/L2)؛ دعم بدء التشغيل الأمني، وتنزيل تشفير البرنامج، وتحديث الأمان.
دعم مراقبة فشل الساعة ومراقبة مكافحة الهدم.
معرف UID 96 بت ومعرف UCID 128 بت.
بيئة عمل موثوقة للغاية: 1.8 فولت ~ 3.6 فولت/-40 درجة مئوية ~ 105 درجة مئوية.
 
(3) النمط الصناعي
لا يزال النظام الإلكتروني لهيكل السيارة في مراحله الأولى من النمو، سواءً للشركات الأجنبية أو المحلية. تتمتع الشركات الأجنبية بخبرة تقنية واسعة في مجالات مثل BCM وPEPS والأبواب والنوافذ وأنظمة التحكم في المقاعد وغيرها من المنتجات أحادية الوظيفة، بينما تتمتع الشركات الأجنبية الكبرى بتغطية واسعة من خطوط الإنتاج، مما يمهد الطريق لها لإنتاج منتجات تكامل الأنظمة. تتمتع الشركات المحلية بمزايا معينة في تطبيق هياكل السيارات التي تعمل بالطاقة الجديدة. لنأخذ BYD كمثال، حيث تُقسّم منطقة الهيكل في سيارة BYD الجديدة إلى قسمين، أحدهما يسار والآخر يمين، ويتم إعادة ترتيب وتحديد ناتج تكامل النظام. ومع ذلك، فيما يتعلق برقائق التحكم في هيكل السيارة، لا يزال المورد الرئيسي لوحدات التحكم الدقيقة (MCU) هو Infineon وNXP وRenesas وMicrochip وST وغيرها من الشركات المصنعة للرقائق الدولية، وتتمتع الشركات المصنعة للرقائق المحلية حاليًا بحصة سوقية منخفضة.
 
(4) الحواجز الصناعية
من منظور الاتصالات، هناك عملية تطور للهندسة المعمارية التقليدية - الهندسة المعمارية الهجينة - منصة حاسوب السيارة النهائية. التغيير في سرعة الاتصال، وكذلك خفض سعر قوة الحوسبة الأساسية مع السلامة الوظيفية العالية هو المفتاح، ومن الممكن تحقيق توافق الوظائف المختلفة تدريجيًا على المستوى الإلكتروني لوحدة التحكم الأساسية في المستقبل. على سبيل المثال، يمكن لوحدة التحكم في مساحة الهيكل دمج وظائف BCM و PEPS التقليدية ووظائف مقاومة التموج. نسبيًا، فإن الحواجز التقنية لشريحة التحكم في مساحة الهيكل أقل من مساحة الطاقة ومنطقة قمرة القيادة وما إلى ذلك، ومن المتوقع أن تأخذ الرقائق المحلية زمام المبادرة في تحقيق تقدم كبير في مساحة الهيكل وتحقيق الاستبدال المحلي تدريجيًا. في السنوات الأخيرة، شهدت وحدة التحكم الدقيقة المحلية في سوق التركيب الأمامي والخلفي لمساحة الهيكل زخمًا جيدًا للغاية من التطوير.
شريحة التحكم في قمرة القيادة
لقد سرّعت الكهرباء والذكاء والشبكات تطوير الهندسة الإلكترونية والكهربائية للسيارات نحو التحكم في المجال، كما تتطور مقصورة القيادة بسرعة من نظام الترفيه الصوتي والفيديو في السيارة إلى مقصورة القيادة الذكية. تتميز مقصورة القيادة بواجهة تفاعل بين الإنسان والحاسوب، ولكن سواء كان نظام المعلومات والترفيه السابق أو مقصورة القيادة الذكية الحالية، فبالإضافة إلى امتلاكها نظامًا قويًا بسرعة الحوسبة، فإنها تحتاج أيضًا إلى وحدة تحكم دقيقة (MCU) عالية الأداء في الوقت الفعلي للتعامل مع تفاعل البيانات مع السيارة. إن الانتشار التدريجي للمركبات المعرفة بالبرمجيات، وتقنية OTA وAutosar في مقصورة القيادة الذكية يجعل متطلبات موارد وحدة التحكم الدقيقة (MCU) في مقصورة القيادة مرتفعة بشكل متزايد. وينعكس ذلك بشكل خاص في الطلب المتزايد على سعة ذاكرة الفلاش وذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، ويزداد الطلب على عدد أرقام التعريف الشخصي (PIN Count)، حيث تتطلب الوظائف الأكثر تعقيدًا قدرات تنفيذ برامج أقوى، ولكنها تتمتع أيضًا بواجهة ناقل أكثر ثراءً.
 
(1) متطلبات الوظيفة
يحقق MCU في منطقة المقصورة بشكل أساسي إدارة طاقة النظام، وإدارة توقيت التشغيل، وإدارة الشبكة، والتشخيص، وتفاعل بيانات السيارة، والمفتاح، وإدارة الإضاءة الخلفية، وإدارة وحدة DSP/FM الصوتية، وإدارة وقت النظام وغيرها من الوظائف.
 
متطلبات موارد MCU:
· التردد الرئيسي وقوة الحوسبة لهما متطلبات معينة، التردد الرئيسي لا يقل عن 100 ميجا هرتز وقوة الحوسبة لا تقل عن 200DMIPS؛
· مساحة تخزين الفلاش لا تقل عن 1 ميجا بايت، مع كود الفلاش وقسم البيانات الفلاش المادي؛
· ذاكرة الوصول العشوائي لا تقل عن 128 كيلوبايت؛
· متطلبات مستوى السلامة الوظيفية العالية، يمكن أن تصل إلى مستوى ASIL-B؛
· دعم المحول التناظري إلى الرقمي متعدد القنوات؛
· دعم CAN-FD متعدد القنوات؛
· تنظيم المركبات الدرجة AEC-Q100 الدرجة 1؛
· دعم الترقية عبر الإنترنت (OTA)، ودعم Flash للبنك المزدوج؛
· يلزم وجود محرك تشفير معلومات بمستوى SHE/HSM-light وما فوق لدعم بدء التشغيل الآمن؛
· عدد الدبابيس لا يقل عن 100PIN؛
 
(2) متطلبات الأداء
يدعم منفذ IO مصدر طاقة بجهد عريض (5.5 فولت ~ 2.7 فولت)، ويدعم منفذ IO استخدام الجهد الزائد؛
تتذبذب العديد من مدخلات الإشارة تبعًا لجهد بطارية مصدر الطاقة، مما قد يؤدي إلى زيادة الجهد. ويمكن أن يُحسّن الجهد الزائد استقرار النظام وموثوقيته.
عمر الذاكرة:
تتجاوز دورة حياة السيارة 10 سنوات، لذا يجب أن يكون عمر تخزين البرامج والبيانات في وحدة التحكم الدقيقة للسيارة أطول. يجب أن يكون لتخزين البرامج والبيانات أقسام مادية منفصلة، ​​كما أن تخزين البرامج يحتاج إلى مسح أقل، لذا يجب أن تكون مدة التحمل > 10 كيلو بايت، بينما يحتاج تخزين البيانات إلى مسح أكثر، لذا يجب أن تكون مدة المسح أكبر. راجع مؤشر وميض البيانات، "مدة التحمل > 100 كيلو بايت"، 15 عامًا (<1 كيلو بايت). 10 سنوات (<100 كيلو بايت).
واجهة ناقل الاتصالات؛
يصبح حمل اتصال الحافلة على المركبة أعلى وأعلى، وبالتالي فإن شبكة CAN CAN التقليدية لم تعد تلبي طلب الاتصال، ويصبح طلب حافلة CAN-FD عالية السرعة أعلى وأعلى، وأصبح دعم CAN-FD تدريجيًا هو معيار MCU.
 
(3) النمط الصناعي
في الوقت الحالي، لا تزال نسبة وحدات التحكم الدقيقة (MCU) المحلية في الكابينة الذكية منخفضة للغاية، ولا يزال الموردون الرئيسيون هم NXP وRenesas وInfineon وST وMicrochip وغيرها من الشركات المصنعة لوحدات التحكم الدقيقة الدولية. وقد انضم عدد من مصنعي وحدات التحكم الدقيقة المحليين إلى السوق، ولم يتضح بعد أداء السوق.
 
(4) الحواجز الصناعية
مستوى تنظيم سيارات المقصورة الذكية ومستوى السلامة الوظيفية ليسا مرتفعين جدًا، ويعود ذلك أساسًا إلى تراكم المعرفة والحاجة إلى التكرار والتحسين المستمر للمنتج. في الوقت نفسه، نظرًا لقلة خطوط إنتاج وحدات التحكم الدقيقة (MCU) في المصانع المحلية، فإن العملية متأخرة نسبيًا، ويستغرق تحقيق سلسلة توريد الإنتاج الوطنية وقتًا طويلاً، وقد تكون هناك تكاليف أعلى، ويزداد ضغط المنافسة مع الشركات المصنعة الدولية.
تطبيق شريحة التحكم المحلية
تعتمد رقائق التحكم في السيارات بشكل رئيسي على وحدات التحكم الدقيقة (MCU) في السيارات. وتمتلك شركات محلية رائدة، مثل زيغوانغ غووي، وهوادا لأشباه الموصلات، وشانغهاي زينتي، وتشاويي إنوفيشن، وجيفا تكنولوجي، وشينشي تكنولوجي، وبكين جونتشنغ، وشنتشن شيهوا، وشانغهاي تشيبووي، وناشيونال تكنولوجي، وغيرها، سلاسل منتجات وحدات التحكم الدقيقة (MCU) على نطاق السيارات، وتُعدّ معيارًا للمنتجات العملاقة في الخارج، وتعتمد حاليًا على بنية ARM. كما أجرت بعض الشركات أبحاثًا وتطويرًا في بنية RISC-V.
 
في الوقت الحالي، تُستخدم رقاقة التحكم في المركبات المحلية بشكل رئيسي في سوق التحميل الأمامي للسيارات، وقد طُبّقت على السيارات في مجالي الهيكل والمعلومات والترفيه. أما في مجال الشاسيه والطاقة وغيرها، فلا تزال شركات الرقائق الأجنبية العملاقة، مثل stmicroelectronics وNXP وTexas Instruments وMicrochip Semiconductor، تُهيمن عليها، ولم تُحقق سوى عدد قليل من الشركات المحلية تطبيقات الإنتاج الضخم. في الوقت الحالي، ستُطلق شركة Chipchi المحلية المُصنّعة للرقائق منتجات سلسلة E3 من رقاقة التحكم عالية الأداء القائمة على ARM Cortex-R5F في أبريل 2022، بمستوى أمان وظيفي يصل إلى ASIL D، ومستوى درجة حرارة يدعم AEC-Q100 Grade 1، وتردد وحدة المعالجة المركزية يصل إلى 800 ميجاهرتز، مع ما يصل إلى 6 أنوية. إنه المنتج الأعلى أداءً في وحدات التحكم الدقيقة لعدادات المركبات المُنتجة بكميات كبيرة، مما يُلبي احتياجات السوق المحلية لوحدات التحكم الدقيقة لعدادات المركبات عالية الجودة وعالية الأمان. يتميز هذا المنتج بأداء وموثوقية عاليين، ويمكن استخدامه في أنظمة إدارة البطاريات (BMS)، وأنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS)، وأنظمة التحكم المرئي (VCU)، والهيكل السلكي، والعدادات، وشاشات العرض الأمامية (HUD)، ومرآة الرؤية الخلفية الذكية، وغيرها من مجالات التحكم الرئيسية في المركبات. وقد اعتمد أكثر من 100 عميل تصميم E3، بما في ذلك GAC وGeely وغيرهما.
تطبيق منتجات وحدة التحكم الأساسية المحلية