مقدمة لرقاقة فئة التحكم
تشير شريحة التحكم بشكل أساسي إلى MCU (وحدة التحكم الدقيقة)، أي أن وحدة التحكم الدقيقة، المعروفة أيضًا باسم الشريحة المفردة، تعمل على تقليل تردد وحدة المعالجة المركزية ومواصفاتها بشكل مناسب، والذاكرة، والمؤقت، وتحويل A/D، والساعة، منفذ /O والاتصال التسلسلي والوحدات والواجهات الوظيفية الأخرى المدمجة في شريحة واحدة. من خلال تحقيق وظيفة التحكم الطرفية، فهي تتميز بمزايا الأداء العالي، وانخفاض استهلاك الطاقة، والقابلية للبرمجة والمرونة العالية.
مخطط MCU لمستوى قياس السيارة
يعد مجال السيارات مجال تطبيق مهمًا جدًا لـ MCU، وفقًا لبيانات IC Insights، في عام 2019، شكل تطبيق MCU العالمي في إلكترونيات السيارات حوالي 33٪. ويقترب عدد MCUS الذي تستخدمه كل سيارة في الطرازات الراقية من 100، بدءًا من أجهزة كمبيوتر القيادة وأجهزة LCD وحتى المحركات والشاسيه والمكونات الكبيرة والصغيرة في السيارة التي تحتاج إلى التحكم في MCU.
في الأيام الأولى، تم استخدام MCUS 8 بت و16 بت بشكل رئيسي في السيارات، ولكن مع التحسين المستمر لإلكترونية السيارات والذكاء، يتزايد أيضًا عدد وجودة MCUS المطلوبة. في الوقت الحاضر، وصلت نسبة MCUS 32 بت في MCUS للسيارات إلى حوالي 60٪، منها نواة سلسلة Cortex من ARM، نظرًا لتكلفتها المنخفضة والتحكم الممتاز في الطاقة، هي الاختيار السائد لمصنعي MCU للسيارات.
تشمل المعلمات الرئيسية لوحدة MCU الخاصة بالسيارات جهد التشغيل، وتردد التشغيل، وسعة الفلاش وذاكرة الوصول العشوائي، ووحدة المؤقت ورقم القناة، ووحدة ADC ورقم القناة، ونوع ورقم واجهة الاتصال التسلسلية، ورقم منفذ الإدخال والإخراج، ودرجة حرارة التشغيل، والحزمة. الشكل ومستوى السلامة الوظيفية.
مقسمة على بتات وحدة المعالجة المركزية، يمكن تقسيم MCUS للسيارات بشكل أساسي إلى 8 بتات و16 بت و32 بت. مع ترقية العملية، تستمر تكلفة MCUS 32 بت في الانخفاض، وقد أصبحت الآن الاتجاه السائد، وهي تحل تدريجيًا محل التطبيقات والأسواق التي كانت تهيمن عليها MCUS 8/16 بت في الماضي.
إذا تم تقسيمها وفقًا لمجال التطبيق، يمكن تقسيم وحدة MCU الخاصة بالسيارات إلى مجال الجسم، ومجال الطاقة، ومجال الهيكل، ومجال قمرة القيادة، ومجال القيادة الذكية. بالنسبة لمجال قمرة القيادة ومجال محرك الأقراص الذكي، تحتاج وحدة MCU إلى قوة حوسبة عالية وواجهات اتصال خارجية عالية السرعة، مثل CAN FD وEthernet. يتطلب مجال الجسم أيضًا عددًا كبيرًا من واجهات الاتصال الخارجية، لكن متطلبات طاقة الحوسبة لوحدة MCU منخفضة نسبيًا، بينما يتطلب مجال الطاقة ومجال الهيكل درجة حرارة تشغيل أعلى ومستويات أمان وظيفية.
شريحة التحكم في مجال الهيكل
يرتبط مجال الشاسيه بقيادة السيارة ويتكون من نظام النقل ونظام القيادة ونظام التوجيه ونظام الفرامل. وهو يتألف من خمسة أنظمة فرعية، وهي نظام التوجيه، والكبح، والنقل، والخانق، ونظام التعليق. مع تطور ذكاء السيارات، أصبح التعرف على الإدراك وتخطيط القرار وتنفيذ التحكم في المركبات الذكية هي الأنظمة الأساسية لمجال الهيكل. يعتبر التوجيه بالسلك والقيادة بالسلك من المكونات الأساسية للنهاية التنفيذية للقيادة الأوتوماتيكية.
(1) متطلبات الوظيفة
تستخدم وحدة التحكم الإلكترونية في مجال الهيكل منصة أمان وظيفية عالية الأداء وقابلة للتطوير وتدعم تجميع أجهزة الاستشعار وأجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي متعددة المحاور. بناءً على سيناريو التطبيق هذا، تم اقتراح المتطلبات التالية لمجال الهيكل MCU:
· التردد العالي ومتطلبات طاقة الحوسبة العالية، التردد الرئيسي لا يقل عن 200 ميجاهرتز وقوة الحوسبة لا تقل عن 300DMIPS
· مساحة تخزين الفلاش لا تقل عن 2 ميجابايت، مع كود فلاش وقسم فلاش البيانات الفعلي؛
· ذاكرة الوصول العشوائي لا تقل عن 512 كيلو بايت.
· متطلبات مستوى أمان وظيفي عالي، يمكن أن تصل إلى مستوى ASIL-D؛
· دعم الدقة 12 بت ADC.
· دعم 32 بت عالية الدقة، وتوقيت التزامن العالي.
· دعم متعدد القنوات CAN-FD.
· دعم ما لا يقل عن 100M إيثرنت؛
· الموثوقية لا تقل عن AEC-Q100 Grade1؛
· دعم الترقية عبر الإنترنت (OTA)؛
· دعم وظيفة التحقق من البرامج الثابتة (خوارزمية سرية وطنية)؛
(2) متطلبات الأداء
· جزء النواة:
I. التردد الأساسي: أي تردد الساعة عندما تعمل النواة، والذي يُستخدم لتمثيل سرعة تذبذب إشارة النبض الرقمي للنواة، ولا يمكن للتردد الرئيسي أن يمثل سرعة حساب النواة بشكل مباشر. ترتبط سرعة تشغيل Kernel أيضًا بخط أنابيب kernel وذاكرة التخزين المؤقت ومجموعة التعليمات وما إلى ذلك.
ثانيا. القدرة الحاسوبية: يمكن عادةً استخدام DMIPS للتقييم. DMIPS هي وحدة تقيس الأداء النسبي لبرنامج القياس المتكامل MCU عند اختباره.
· معلمات الذاكرة:
I. ذاكرة الكود: الذاكرة المستخدمة لتخزين الكود؛
ثانيا. ذاكرة البيانات: الذاكرة المستخدمة لتخزين البيانات؛
III.RAM: الذاكرة المستخدمة لتخزين البيانات المؤقتة والتعليمات البرمجية.
· حافلة الاتصالات: بما في ذلك الحافلات الخاصة للسيارات وحافلات الاتصالات التقليدية.
· الأجهزة الطرفية عالية الدقة.
· درجة حرارة التشغيل.
(3) النمط الصناعي
وبما أن البنية الكهربائية والإلكترونية المستخدمة من قبل شركات صناعة السيارات المختلفة ستختلف، فإن متطلبات المكونات لمجال الهيكل ستختلف. نظرًا للتكوينات المختلفة للنماذج المختلفة من نفس مصنع السيارات، سيكون اختيار وحدة التحكم الإلكترونية لمنطقة الهيكل مختلفًا. ستؤدي هذه الفروق إلى متطلبات MCU مختلفة لمجال الهيكل. على سبيل المثال، تستخدم سيارة Honda Accord ثلاث شرائح MCU لمجال الهيكل، وتستخدم سيارة Audi Q7 حوالي 11 شريحة MCU لمجال الهيكل. في عام 2021، يبلغ إنتاج سيارات الركاب ذات العلامة التجارية الصينية حوالي 10 ملايين، منها متوسط الطلب على مجال هيكل الدراجات MCUS هو 5، وقد وصل إجمالي السوق إلى حوالي 50 مليونًا. الموردون الرئيسيون لـ MCUS في جميع أنحاء مجال الهيكل هم Infineon، وNXP، وRenesas، وMicrochip، وTI، وST. يمثل بائعو أشباه الموصلات الدوليون الخمسة أكثر من 99% من سوق مجال الهيكل MCUS.
(4) حواجز الصناعة
من وجهة النظر الفنية الرئيسية، ترتبط مكونات مجال الهيكل مثل EPS وEPB وESC ارتباطًا وثيقًا بسلامة حياة السائق، وبالتالي فإن مستوى الأمان الوظيفي لمجال الهيكل MCU مرتفع جدًا، بشكل أساسي ASIL-D متطلبات المستوى. مستوى الأمان الوظيفي هذا لـ MCU فارغ في الصين. بالإضافة إلى مستوى الأمان الوظيفي، فإن سيناريوهات تطبيق مكونات الهيكل لها متطلبات عالية جدًا لتردد MCU، وقوة الحوسبة، وسعة الذاكرة، والأداء الطرفي، والدقة الطرفية وجوانب أخرى. لقد شكل مجال الهيكل MCU حاجزًا صناعيًا عاليًا للغاية، الأمر الذي يحتاج إلى الشركات المصنعة MCU المحلية للتحدي والكسر.
فيما يتعلق بسلسلة التوريد، نظرًا لمتطلبات التردد العالي وقدرة الحوسبة العالية لرقاقة التحكم في مكونات مجال الهيكل، يتم طرح متطلبات عالية نسبيًا لعملية وعملية إنتاج الرقاقات. في الوقت الحاضر، يبدو أن هناك حاجة إلى عملية 55 نانومتر على الأقل لتلبية متطلبات تردد MCU فوق 200 ميجا هرتز. في هذا الصدد، خط إنتاج MCU المحلي لم يكتمل ولم يصل إلى مستوى الإنتاج الضخم. لقد اعتمد مصنعو أشباه الموصلات الدوليون بشكل أساسي نموذج IDM، فيما يتعلق بمسابك الرقاقات، حاليًا فقط TSMC وUMC وGF لديها القدرات المقابلة. جميع الشركات المصنعة للرقائق المحلية هي شركات Fabless، وهناك تحديات ومخاطر معينة في تصنيع الرقاقات وضمان القدرة.
في سيناريوهات الحوسبة الأساسية مثل القيادة الذاتية، يصعب التكيف مع وحدات المعالجة المركزية التقليدية ذات الأغراض العامة مع متطلبات حوسبة الذكاء الاصطناعي نظرًا لانخفاض كفاءتها الحاسوبية، وتتمتع شرائح الذكاء الاصطناعي مثل Gpus وFPgas وASics بأداء ممتاز على الحافة والسحابة مع قدراتها الخاصة. الخصائص وتستخدم على نطاق واسع. من منظور اتجاهات التكنولوجيا، ستظل وحدة معالجة الرسومات هي شريحة الذكاء الاصطناعي المهيمنة على المدى القصير، وعلى المدى الطويل، فإن ASIC هو الاتجاه النهائي. من منظور اتجاهات السوق، سيحافظ الطلب العالمي على رقائق الذكاء الاصطناعي على زخم نمو سريع، وتتمتع الرقائق السحابية والحافة بإمكانيات نمو أكبر، ومن المتوقع أن يقترب معدل نمو السوق من 50٪ في السنوات الخمس المقبلة. على الرغم من أن أساس تكنولوجيا الرقائق المحلية ضعيف، إلا أنه مع الهبوط السريع لتطبيقات الذكاء الاصطناعي، فإن الحجم السريع للطلب على شرائح الذكاء الاصطناعي يخلق فرصًا لنمو التكنولوجيا والقدرات لمؤسسات الرقائق المحلية. للقيادة الذاتية متطلبات صارمة فيما يتعلق بقوة الحوسبة والتأخير والموثوقية. في الوقت الحاضر، يتم استخدام حلول GPU+FPGA في الغالب. ومع استقرار الخوارزميات والاعتماد على البيانات، من المتوقع أن تكتسب ASics مساحة في السوق.
هناك حاجة إلى مساحة كبيرة على شريحة وحدة المعالجة المركزية للتنبؤ بالفرع وتحسينه، مما يوفر حالات مختلفة لتقليل زمن الوصول لتبديل المهام. وهذا أيضًا يجعلها أكثر ملاءمة للتحكم المنطقي والتشغيل التسلسلي وتشغيل البيانات من النوع العام. خذ وحدة معالجة الرسومات (GPU) ووحدة المعالجة المركزية (CPU) كمثال، بالمقارنة مع وحدة المعالجة المركزية (CPU)، تستخدم وحدة معالجة الرسومات عددًا كبيرًا من وحدات الحوسبة وخط أنابيب طويل، فقط منطق تحكم بسيط للغاية وإزالة ذاكرة التخزين المؤقت. لا تشغل وحدة المعالجة المركزية مساحة كبيرة في ذاكرة التخزين المؤقت فحسب، بل تحتوي أيضًا على منطق تحكم معقد والعديد من دوائر التحسين، مقارنة بقوة الحوسبة ليست سوى جزء صغير.
رقاقة التحكم في مجال الطاقة
وحدة التحكم في مجال الطاقة هي وحدة ذكية لإدارة مجموعة نقل الحركة. مع CAN/FLEXRAY لتحقيق إدارة ناقل الحركة، وإدارة البطارية، ومراقبة تنظيم المولد، يستخدم بشكل أساسي لتحسين مجموعة نقل الحركة والتحكم، في حين أن كلاً من تشخيص الأخطاء الكهربائية الذكي توفير الطاقة الذكي، واتصالات الحافلة وغيرها من الوظائف.
(1) متطلبات الوظيفة
يمكن لوحدة التحكم في مجال الطاقة MCU أن تدعم التطبيقات الرئيسية في مجال الطاقة، مثل BMS، مع المتطلبات التالية:
· ارتفاع التردد الرئيسي، التردد الرئيسي 600MHz ~ 800MHz
· ذاكرة الوصول العشوائي 4 ميجابايت
· متطلبات مستوى أمان وظيفي عالي، يمكن أن تصل إلى مستوى ASIL-D؛
· دعم متعدد القنوات CAN-FD.
· دعم إيثرنت 2G.
· الموثوقية لا تقل عن AEC-Q100 Grade1؛
· دعم وظيفة التحقق من البرامج الثابتة (خوارزمية سرية وطنية)؛
(2) متطلبات الأداء
الأداء العالي: يدمج المنتج وحدة المعالجة المركزية (CPU) ثنائية النواة ARM Cortex R5 وذاكرة الوصول العشوائي (SRAM) على الرقاقة بسعة 4 ميجابايت لدعم قوة الحوسبة المتزايدة ومتطلبات الذاكرة لتطبيقات السيارات. وحدة المعالجة المركزية ARM Cortex-R5F تصل إلى 800 ميجا هرتز. أمان عالي: يصل معيار موثوقية مواصفات السيارة AEC-Q100 إلى الدرجة 1، ويصل مستوى الأمان الوظيفي ISO26262 إلى ASIL D. يمكن لوحدة المعالجة المركزية ذات خطوة القفل ثنائية النواة تحقيق ما يصل إلى 99% من التغطية التشخيصية. تدمج وحدة أمن المعلومات المدمجة مولد الأرقام العشوائية الحقيقية، وAES، وRSA، وECC، وSHA، ومسرعات الأجهزة التي تتوافق مع المعايير ذات الصلة بأمن الدولة والأعمال. يمكن أن يلبي تكامل وظائف أمن المعلومات هذه احتياجات التطبيقات مثل بدء التشغيل الآمن، والاتصال الآمن، وتحديث البرامج الثابتة الآمنة وترقيتها.
شريحة التحكم بمنطقة الجسم
منطقة الجسم مسؤولة بشكل رئيسي عن التحكم في وظائف الجسم المختلفة. مع تطور السيارة، أصبحت وحدة التحكم في منطقة الجسم أكثر فأكثر، ومن أجل تقليل تكلفة وحدة التحكم، وتقليل وزن السيارة، يحتاج التكامل إلى وضع جميع الأجهزة الوظيفية، من الجزء الأمامي إلى الوسط جزء من السيارة والجزء الخلفي من السيارة، مثل ضوء الفرامل الخلفي، وضوء الوضع الخلفي، وقفل الباب الخلفي، وحتى قضيب الإقامة المزدوج يتكامل بشكل موحد في وحدة التحكم الكاملة.
تدمج وحدة التحكم في منطقة الجسم عمومًا وظائف BCM وPEPS وTPMS والبوابة وغيرها من الوظائف، ولكنها يمكنها أيضًا توسيع نطاق تعديل المقعد والتحكم في مرآة الرؤية الخلفية والتحكم في تكييف الهواء والوظائف الأخرى، والإدارة الشاملة والموحدة لكل مشغل، والتخصيص المعقول والفعال لموارد النظام . وظائف وحدة التحكم في منطقة الجسم عديدة، كما هو موضح أدناه، ولكنها لا تقتصر على تلك المذكورة هنا.
(1) متطلبات الوظيفة
المتطلبات الرئيسية لإلكترونيات السيارات لرقائق التحكم MCU هي تحسين الاستقرار والموثوقية والأمن والوقت الحقيقي والخصائص التقنية الأخرى، بالإضافة إلى أداء حوسبة أعلى وسعة تخزين، ومتطلبات مؤشر استهلاك الطاقة الأقل. لقد انتقلت وحدة التحكم في منطقة الجسم تدريجياً من النشر الوظيفي اللامركزي إلى وحدة تحكم كبيرة تدمج جميع المحركات الأساسية لإلكترونيات الجسم والوظائف الرئيسية والأضواء والأبواب والنوافذ وما إلى ذلك. ويدمج تصميم نظام التحكم في منطقة الجسم الإضاءة وغسيل المساحات والمركزية أقفال أبواب التحكم، والنوافذ وأدوات التحكم الأخرى، ومفاتيح PEPS الذكية، وإدارة الطاقة، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى بوابة CAN، وCANFD وFLEXRAY القابلة للتوسيع، وشبكة LIN، وواجهة Ethernet، وتكنولوجيا تطوير وتصميم الوحدة النمطية.
بشكل عام، تنعكس متطلبات العمل لوظائف التحكم المذكورة أعلاه لشريحة التحكم الرئيسية MCU في منطقة الجسم بشكل أساسي في جوانب أداء الحوسبة والمعالجة والتكامل الوظيفي وواجهة الاتصال والموثوقية. فيما يتعلق بالمتطلبات المحددة، نظرًا للاختلافات الوظيفية في سيناريوهات التطبيقات الوظيفية المختلفة في منطقة الجسم، مثل النوافذ الكهربائية والمقاعد الأوتوماتيكية والباب الخلفي الكهربائي وتطبيقات الجسم الأخرى، لا تزال هناك احتياجات عالية الكفاءة للتحكم في المحرك، وتتطلب تطبيقات الجسم هذه MCU لدمج خوارزمية التحكم الإلكتروني FOC والوظائف الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن سيناريوهات التطبيق المختلفة في منطقة الجسم لها متطلبات مختلفة لتكوين واجهة الشريحة. لذلك، عادةً ما يكون من الضروري تحديد MCU لمنطقة الجسم وفقًا للمتطلبات الوظيفية والأداء لسيناريو التطبيق المحدد، وعلى هذا الأساس، يتم قياس أداء تكلفة المنتج بشكل شامل، وقدرة التوريد والخدمة الفنية وعوامل أخرى.
(2) متطلبات الأداء
المؤشرات المرجعية الرئيسية لشريحة MCU للتحكم في منطقة الجسم هي كما يلي:
الأداء: ARM Cortex-M4F@ 144 ميجا هرتز، 180 DMIPS، ذاكرة تخزين مؤقت مدمجة لتعليمات 8 كيلو بايت، تدعم برنامج تنفيذ وحدة تسريع الفلاش 0 انتظر.
ذاكرة مشفرة ذات سعة كبيرة: ما يصل إلى 512 كيلو بايت eFlash، ودعم التخزين المشفر، وإدارة الأقسام وحماية البيانات، ودعم التحقق من ECC، و100000 مرة مسح، و10 سنوات من الاحتفاظ بالبيانات؛ 144 كيلو بايت SRAM، يدعم تكافؤ الأجهزة.
واجهات الاتصال الغنية المتكاملة: دعم GPIO متعدد القنوات، USART، UART، SPI، QSPI، I2C، SDIO، USB2.0، CAN 2.0B، EMAC، DVP وغيرها من الواجهات.
جهاز محاكاة متكامل عالي الأداء: يدعم ADC عالي السرعة 12 بت 5 ميجا ثانية، ومضخم تشغيلي مستقل من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية، ومقارنة تناظرية عالية السرعة، و12 بت 1 ميجا ثانية DAC؛ دعم المدخلات الخارجية مصدر الجهد المرجعي المستقل، مفتاح اللمس بالسعة متعدد القنوات؛ وحدة تحكم DMA عالية السرعة.
دعم RC الداخلي أو إدخال الساعة البلورية الخارجية، إعادة ضبط الموثوقية العالية.
ساعة RTC مدمجة للمعايرة في الوقت الحقيقي، تدعم التقويم الدائم للسنة الكبيسة، وأحداث التنبيه، والاستيقاظ الدوري.
دعم عداد توقيت عالي الدقة.
ميزات الأمان على مستوى الأجهزة: محرك تسريع الأجهزة بخوارزمية التشفير، يدعم خوارزميات AES وDES وTDES وSHA1/224/256 وSM1 وSM3 وSM4 وSM7 وMD5؛ تشفير تخزين الفلاش، وإدارة الأقسام متعددة المستخدمين (MMU)، ومولد الأرقام العشوائية الحقيقية TRNG، وتشغيل CRC16/32؛ دعم الحماية ضد الكتابة (WRP)، ومستويات حماية القراءة المتعددة (RDP) (L0/L1/L2)؛ دعم بدء التشغيل الأمني، تنزيل تشفير البرنامج، التحديث الأمني.
دعم مراقبة فشل الساعة ومراقبة مكافحة الهدم.
UID 96 بت وUCID 128 بت.
بيئة عمل موثوقة للغاية: 1.8 فولت ~ 3.6 فولت/-40 درجة مئوية ~ 105 درجة مئوية.
(3) النمط الصناعي
النظام الإلكتروني لمنطقة الجسم هو في مرحلة مبكرة من النمو لكل من الشركات الأجنبية والمحلية. تتمتع الشركات الأجنبية في مثل BCM وPEPS والأبواب والنوافذ وأجهزة التحكم في المقاعد وغيرها من المنتجات ذات الوظيفة الواحدة بتراكم تقني عميق، في حين أن الشركات الأجنبية الكبرى لديها تغطية واسعة لخطوط الإنتاج، مما يضع الأساس لها للقيام بمنتجات تكامل النظام . تتمتع الشركات المحلية بمزايا معينة في تطبيق أجسام مركبات الطاقة الجديدة. لنأخذ BYD كمثال، في سيارة الطاقة الجديدة من BYD، يتم تقسيم منطقة الجسم إلى منطقتين يسارًا ويمينًا، ويتم إعادة ترتيب منتج تكامل النظام وتحديده. ومع ذلك، فيما يتعلق برقائق التحكم في منطقة الجسم، لا يزال المورد الرئيسي لـ MCU هو Infineon وNXP وRenesas وMicrochip وST وغيرها من الشركات المصنعة للرقائق الدولية، ويتمتع مصنعو الرقائق المحليون حاليًا بحصة سوقية منخفضة.
(4) حواجز الصناعة
من منظور الاتصالات، هناك عملية تطور للهندسة المعمارية التقليدية - الهندسة المعمارية الهجينة - منصة الكمبيوتر النهائية للمركبة. إن التغيير في سرعة الاتصال، فضلاً عن تخفيض سعر قوة الحوسبة الأساسية مع السلامة الوظيفية العالية هو المفتاح، ومن الممكن تحقيق توافق الوظائف المختلفة تدريجياً على المستوى الإلكتروني لوحدة التحكم الأساسية في المستقبل. على سبيل المثال، يمكن لوحدة التحكم في منطقة الجسم دمج وظائف BCM وPEPS والتموج المضادة للضغط التقليدية. نسبيًا، فإن الحواجز التقنية لشريحة التحكم في منطقة الجسم أقل من منطقة الطاقة ومنطقة قمرة القيادة وما إلى ذلك، ومن المتوقع أن تأخذ الرقائق المحلية زمام المبادرة في تحقيق اختراق كبير في منطقة الجسم وتحقيق الاستبدال المحلي تدريجيًا. في السنوات الأخيرة، كان لدى MCU المحلي في سوق التركيب الأمامي والخلفي لمنطقة الجسم زخم جيد جدًا من التطوير.
شريحة التحكم في قمرة القيادة
لقد أدت الكهرباء والذكاء والشبكات إلى تسريع تطوير الهندسة الإلكترونية والكهربائية للسيارات في اتجاه التحكم في المجال، كما تتطور قمرة القيادة بسرعة من نظام الترفيه الصوتي والمرئي في السيارة إلى قمرة القيادة الذكية. يتم تقديم قمرة القيادة بواجهة تفاعل بين الإنسان والحاسوب، ولكن سواء كان نظام المعلومات والترفيه السابق أو قمرة القيادة الذكية الحالية، بالإضافة إلى وجود SOC قوي مع سرعة حوسبة، فإنها تحتاج أيضًا إلى MCU في الوقت الحقيقي العالي للتعامل معها. تفاعل البيانات مع السيارة. إن الانتشار التدريجي للمركبات المعرفة بالبرمجيات، OTA وAutosar في قمرة القيادة الذكية يجعل متطلبات موارد MCU في قمرة القيادة مرتفعة بشكل متزايد. ينعكس على وجه التحديد في الطلب المتزايد على سعة FLASH وRAM، كما يتزايد الطلب على عدد PIN، وتتطلب الوظائف الأكثر تعقيدًا قدرات أقوى لتنفيذ البرنامج، ولكنها تتمتع أيضًا بواجهة ناقل أكثر ثراءً.
(1) متطلبات الوظيفة
تدرك MCU في منطقة المقصورة بشكل أساسي إدارة طاقة النظام، وإدارة توقيت التشغيل، وإدارة الشبكة، والتشخيص، وتفاعل بيانات السيارة، والمفتاح، وإدارة الإضاءة الخلفية، وإدارة وحدة الصوت DSP/FM، وإدارة وقت النظام ووظائف أخرى.
متطلبات موارد MCU:
· التردد الرئيسي وقوة الحوسبة لهما متطلبات معينة، والتردد الرئيسي لا يقل عن 100 ميجاهرتز وقوة الحوسبة لا تقل عن 200DMIPS؛
· مساحة تخزين الفلاش لا تقل عن 1 ميجابايت، مع كود فلاش وقسم فلاش البيانات الفعلي؛
· ذاكرة الوصول العشوائي لا تقل عن 128 كيلو بايت.
· متطلبات مستوى السلامة الوظيفية العالية، يمكن أن تصل إلى مستوى ASIL-B؛
· دعم متعدد القنوات ADC.
· دعم متعدد القنوات CAN-FD.
· تنظيم المركبات الصف AEC-Q100 Grade1؛
· دعم الترقية عبر الإنترنت (OTA)، دعم الفلاش للبنك المزدوج؛
· مطلوب محرك تشفير المعلومات بمستوى SHE/HSM الخفيف وما فوق لدعم بدء التشغيل الآمن؛
· عدد الدبوس لا يقل عن 100PIN؛
(2) متطلبات الأداء
يدعم IO مصدر طاقة واسع الجهد (5.5 فولت ~ 2.7 فولت)، ويدعم منفذ IO استخدام الجهد الزائد؛
تتقلب العديد من مدخلات الإشارة وفقًا لجهد بطارية مصدر الطاقة، وقد يحدث جهد زائد. يمكن أن يؤدي الجهد الزائد إلى تحسين استقرار النظام وموثوقيته.
عمر الذاكرة:
تبلغ دورة حياة السيارة أكثر من 10 سنوات، لذا يجب أن يتمتع تخزين برنامج MCU وتخزين البيانات بعمر أطول. يجب أن يكون لتخزين البرامج وتخزين البيانات أقسام فعلية منفصلة، ويجب مسح مساحة تخزين البرنامج مرات أقل، لذا فإن التحمل> 10 كيلو، بينما يحتاج تخزين البيانات إلى المسح بشكل متكرر، لذلك يحتاج إلى عدد أكبر من مرات المسح . ارجع إلى مؤشر فلاش البيانات التحمل> 100 ألف، 15 سنة (<1 ألف). 10 سنوات (<100 ألف).
واجهة ناقل الاتصالات؛
أصبح حمل اتصالات الحافلة على السيارة أعلى وأعلى، لذلك لم تعد CAN التقليدية قادرة على تلبية طلب الاتصالات، وأصبح الطلب على حافلة CAN-FD عالية السرعة أعلى وأعلى، وأصبح دعم CAN-FD تدريجيًا هو معيار MCU .
(3) النمط الصناعي
في الوقت الحاضر، لا تزال نسبة MCU للمقصورة الذكية المحلية منخفضة جدًا، ولا يزال الموردون الرئيسيون هم NXP وRenesas وInfineon وST وMicrochip وغيرها من الشركات المصنعة لـ MCU الدولية. كان هناك عدد من الشركات المصنعة المحلية لـ MCU في التخطيط، ويبقى أن نرى أداء السوق.
(4) حواجز الصناعة
إن مستوى التنظيم الذكي للسيارة ومستوى السلامة الوظيفية ليس مرتفعًا جدًا نسبيًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى تراكم المعرفة والحاجة إلى تكرار المنتج وتحسينه بشكل مستمر. في الوقت نفسه، نظرًا لعدم وجود العديد من خطوط إنتاج MCU في المصانع المحلية، فإن العملية متخلفة نسبيًا، وتستغرق فترة من الوقت لتحقيق سلسلة توريد الإنتاج الوطني، وقد تكون هناك تكاليف أعلى، وضغط المنافسة مع الشركات المصنعة الدولية أكبر.
تطبيق شريحة التحكم المحلية
تعتمد رقائق التحكم في السيارة بشكل أساسي على MCU للسيارة، والشركات المحلية الرائدة مثل Ziguang Guowei، وHuada Semiconductor، وShanghai Xinti، وZhaoyi Innovation، وJiefa Technology، وXinchi Technology، وBeijing Junzheng، وShenzhen Xihua، وShanghai Qipuwei، وNational Technology، وما إلى ذلك، جميعها تمتلك تسلسلات منتجات MCU على نطاق السيارة، والمنتجات العملاقة الخارجية القياسية، والتي تعتمد حاليًا على بنية ARM. قامت بعض الشركات أيضًا بإجراء بحث وتطوير لبنية RISC-V.
في الوقت الحاضر، تُستخدم شريحة مجال التحكم في السيارة المحلية بشكل أساسي في سوق التحميل الأمامي للسيارات، وتم تطبيقها على السيارة في مجال الجسم ومجال المعلومات والترفيه، بينما في الهيكل ومجال الطاقة والمجالات الأخرى، لا يزال يهيمن عليها عمالقة الرقائق في الخارج مثل stmicroelectronics، وNXP، وTexas Instruments، وMicrochip Semiconductor، وعدد قليل فقط من الشركات المحلية حققت تطبيقات الإنتاج الضخم. في الوقت الحاضر، ستطلق الشركة المصنعة للرقائق المحلية Chipchi منتجات سلسلة E3 من شرائح التحكم عالية الأداء استنادًا إلى ARM Cortex-R5F في أبريل 2022، مع وصول مستوى الأمان الوظيفي إلى ASIL D، ومستوى درجة الحرارة الذي يدعم AEC-Q100 Grade 1، وتردد وحدة المعالجة المركزية حتى 800 ميجا هرتز ، مع ما يصل إلى 6 مراكز لوحدة المعالجة المركزية. إنه المنتج الأعلى أداءً في مقياس MCU الحالي للمركبات ذات الإنتاج الضخم، مما يسد الفجوة في سوق MCU المحلي لقياس مستوى السلامة العالي للمركبات، مع الأداء العالي والموثوقية العالية، ويمكن استخدامه في BMS، ADAS، VCU، بواسطة - هيكل سلكي، أداة، HUD، مرآة الرؤية الخلفية الذكية وغيرها من مجالات التحكم الأساسية في السيارة. أكثر من 100 عميل اعتمدوا E3 لتصميم المنتجات، بما في ذلك GAC، Geely، إلخ.
تطبيق المنتجات الأساسية تحكم المحلي
وقت النشر: 19 يوليو 2023
