国产车载MCU的突进与立异_总线_芯片

据 IC Insights 预测，车规级 MCU芯片发卖额将在 2020 年靠近 65 亿美元，随后在 2021-2023 年器件涨幅逐步加大，2023 年发卖额将达到 81 亿美元。

而就目前来看，环球 MCU 市场由瑞萨、恩智浦、英飞凌、Microchip、赛普拉斯、意法半导体等国外半导体厂商主导，同时高通、英伟达、英特尔等消费电子巨子也在极力进入这一领域，相较之下，起步较晚、技能薄弱的国产车载 MCU 厂商处于弱势状态。

前不久，与非网一篇《为何国产车载 MCU 发展长路漫漫？》描述了国产车载 MCU 的现状与困境，从设计研发莅临盆良率再到车规级测试及认证等都是摆在面前的难题，国产车载 MCU 长路漫漫，仍在追赶阶段。

近日，四维图旗下全资子公司 AutoChips 杰发科技车规级 MCU 产品线又添重量级新成员——AC7801X，这是继 2018 年底推出首颗车规级 MCU 芯片 AC7811 之后，又一颗国产 32 位 Cortex-M0+车规级 MCU 芯片，旨在进一步拓宽海内车身掌握领域的市场份额。

据先容，AC7801x 系列 MCU 符合 AEC-Q100 规范，适用于汽车电子和高可靠性工业运用，紧张用于电控领域。
在汽车上可广泛适用于天窗、车窗、座椅、ETC、LED 车灯、雨量传感器以及倒车雷达等。

AC7801x 芯片框图（图源：杰发科技官网）

从芯片架构图看到，AC7801x 系列芯片基于 ARM Cortex®-M0+内核，运行主频 48MHz，最高 128KB Flash，最高 20KB RAM，供电电压支持 2.7~5.5V，具备出色 EMC/ESD 能力，能够适应更恶劣的环境，温度范围: -40 to 125℃；支持 LQFP48、QFN32、TSSOP20 三种封装类型。

在通信模块，本系列芯片支持 2 路 SPI、2 路 I2C、支持 1 路 CAN-FD，兼容 CAN 2.0B、支持 3 路 UART、支持 2 路 software LIN。

AC7801x 系列芯片具备强大的拓展能力，成熟完善的 ARM 架构及生态配置；前辈的 CAN-FD 知足未来高带宽总线拓展需求；产品适配 AUTOSAR 功能；大容量 Flash/RAM、丰富的外设接口可充分知足客户个性化及扩展需求。
同时 AC7801X 具有绝佳的性价比上风，推动传统车身包含的大量 8 位 /16 位 MCU 升级换代，助力汽车电子化超过。

比较消费 / 工业级 MCU，车规级 MCU 上风表示在哪些方面？

车规级 MCU 比较消费级和工业级产品，在温度范围、稳定性、生产良率、生命周期以及认证流程等方面存在明显差距。

图源：网络

温度范围：车规级 MCU 须要宽事情温度范围。
MCU 须要在 -40℃~125℃范围内各个模块均可以正常事情，例如内置的 EEPROM 可以在高温下担保足够高的擦写寿命；MCU 内有着大量的仿照器件，须要担保这些器件在全温范围内的同等性，包括 ADC、时钟、内部参考电压、运放比较器失落调电压等。

稳定性：器件的抗滋扰性能哀求极高，包括抗 ESD 静电，EFT 群脉冲，RS 传导辐射等，MCU 在这些滋扰下能够做到不破坏、不去世机、不复位。

生产良率&生命周期：车规级 MCU 产品的批量同等性。
如何把产品的不良率做到 1PPM，乃至更低。
这对芯片公司的设计和品控都是一个非常大的寻衅，设计时须要考虑如何降落功能和性能上的理论偏差，品控时测试要周密全面。
产品利用周期要达到 15-20 年，技能难度远大于消费电子类芯片。

认证流程：汽车芯片落地之以是耗时较长，究其缘故原由在于认证流程。
芯片进入汽车领域，必须通过两个认证：第一个是由北美汽车家当所推出的 AEC-Q100（IC）、101（离散元件）、200（被动零件）可靠标准；第二个是要符合零失落效的供应链品质管理标准 ISO/TS 16949 规范中的 ASIL 安全等级。
ASIL 安全等级规范了汽车电子中详细器件的安全设计哀求，根据不同的掌握场景，须要知足不同的等级规范，以提高器件的容错率和故障诊断覆盖率。
每一环节都须要反复测试验证，纵然创造一颗产品有问题，也必须从头到尾盘查，找到根本缘故原由并采纳有效方案。

与国外同种别车载 MCU 比拟，有哪些创新和亮点？

海内 MCU 行业整体起步较晚、技能较薄弱，在品牌、产品稳定性、供货能力以及家当链协同等方面存在不敷。
但本土车规级 MCU 产品在追赶和模拟中也逐渐表现出新的亮点。

口说无凭，我们来与国际大厂同种别 MCU 来进行一下比较：

Kinetis® EA 系列 32 位 Arm® Cortex®MCU（图源：恩智浦官网）

恩智浦 KEA 系列 32 位 MCU 是 Arm 生态互助体系的入门级产品，低功耗 Arm Cortex-M0+内核和 8–128 KB 的嵌入式闪存；具备出色的 EMC/ESD 兼容性，能够适应高温环境，并且辐射排放较低；供应可扩展、稳定可靠的高性能办理方案，适用于质量哀求和长期供货担保哀求都很高的汽车和工业运用。

通信接口方面，KEA 系列芯片支持 2 个 SPI 模块、3 个 UART 模块、2 个 IIC 模块及 1 个 CAN 模块。

杰发科技 AC7801x 系列 MCU 与恩智浦（原飞思卡尔）KEA 系列比较来看，两者在大部分功能模块与性能参数方面相差无几。
在通信模块部分，AC7801x 存在一定上风，支持多种通信接口，从而能够通过不同的传输速率和性能负荷等而知足更多的运用处景。

下面来先容一下 AC7801x 系列 MCU 在通信接口方面的升级：

·CAN 过渡到 CAN FD

CAN(Controller Area Network）是掌握器局域网络，是国际上运用最广泛的现场总线之一。
在北美和西欧，CAN 总线协议已经成为汽车打算机掌握系统和嵌入式工业掌握局域网的标准总线。

随着新能源汽车、自动驾驶技能的快速发展，对付 ADAS 和人机交互需求的增加，CAN 总线在传输速率和带宽等方面越来越显得“力不从心”，经典的 CAN 总线通讯已跟不上当下的数据量需求。
因此 CAN FD 应运而生，以知足车载网络日益提高的带宽和数据速率灵巧性的哀求。

CAN FD 是一种基于传统 CAN 总线标准而构建的通信协议，与传统 CAN 比较，数据传输率提高 5 倍，数据有效负荷增加 8 倍。
从之前的 1Mbps 升级到了 5 Mbps 的最大数据传输速率，支持高达 64 字节的有效负荷。

CAN FD 在兼容性上也比较精良，CAN FD 可以向下兼容 CAN，但 CAN 不能向长进级。
此外，CAN FD 还改进了缺点帧漏检率，被视为是下一代主流汽车总线系统。

从需求上来看，2019 年以前，对 CAN FD 的需求还没有那么高。
但 2019 年后，CAN FD 整体需求溘然上升，紧张缘故原由是新能源汽车以及自动驾驶的爆发，两个方面产生的数据量非常大，传统 CAN 传输数据是达不到的，因此须要升级 CAN FD 来传输。

·CAN VS 以太网

提到 CAN 总线又很难绕开以太网，两者环绕在车载领域进行总线之争。

以太网作为一种标准开放式的网络，传输旗子暗记相较于 CAN 总线有着传输速率高、传输间隔长等上风，而且技能相对成熟，节制的人也比较多。
但目前仅仅是用于汽车传输雷达、视频等高速旗子暗记部分，为什么一辆车没有全用以太网总线通信呢？由于比较以太网，CAN 总线也存在一定的上风。

网络安全性：从网络的连接来看，CAN 总线通过物理旗子暗记来进行连接，以太网则是交流机连接。
在以太网连接中交流机是必要的，一旦交流机涌现问题全体网络都将崩溃，全体网络的安危依赖交流机来承担，存在较大的风险，而若是设置冗余备用又要增加许多本钱。
比较之下 CAN 总线的构造大略，简洁而稳定。
而且以太网采纳超时重发机制，单个节点的故障很随意马虎扩散到全体网络，相较于 CAN 总线的分级仲裁制度逊色了不少。
对付汽车网络安全层面来讲，CAN 总线更为适宜。

本钱决定：在上述安全性上提到了交流机。
以太网网络交流机的存在必不可少，而当代汽车拥有越来越多的网络节点，若是全采取以太网进行通讯势必需要一个或几个超多接口的交流机，将会带来本钱的大幅增加。

软件稳定性：以太网作为一种标准开放式的网络系统兼容性和互操作性好，资源共享的能力强，可以很随意马虎的完成信息和资源的共享操作。
然而，另一方面也增加了软件的不稳定性，降落了网络入侵的作案本钱。
相对而言 CAN 总线是一个专用的现场总线，软件稳定性较高。

上面大概先容了 CAN 总线和以太网两种网络办法的上风和不敷，综合两者特点，就目前技能而言，车载以太网为主干，CAN FD 作为子系统的通讯办法较为可行，这样既保留了 CAN 实时、安全的特性，又能够提升通讯速率与传输间隔，同时还担保了本钱的掌握，是当前阶段的最佳选择。

·UART-LIN（UART 实现 LIN 通信）

在 AC7801x 芯片框图中可以看到，支持 3 路 UART 之外，还支持 2 路 UART-LIN，UART-LIN 又是什么呢？

UART：通用异步收发器，它不是像 SPI 和 I2C 这样的通信协议，而是 MCU 中的物理电路或独立的 IC，是一个微掌握器外设，紧张用场是发送和吸收串行数据。
现在险些每个 MCU 都标配 UART，紧张的功能是用来跟上位机连接的，以便让上位机对其进行调试或者实行大略的数据通信，比如显示一下状态、通报几个命令等。
UART 虽然速率比较低，但不可或缺。

而 UART-LIN 是 LIN 总线（Local Interconnect Network）基于 UART 数据格式的低本钱串行通讯协议。

LIN 总线是针对汽车分布式电子系统而定义的一种低本钱的串行通讯网络，采取单主掌握器 / 多从设备的模式，是 UART 中的一种分外情形。
LIN 网络在汽车中一样平常不独立存在，常日会与上层 CAN 网络相连，形成 CAN-LIN 网枢纽关头点，为 CAN 总线网络供应赞助功能。

由于 CAN 总线本钱较高，处处都用 CAN 总线的话，整车的总线架构成本将会变得很高。
因此，在一些对网络的带宽、性能或容错功能没有过高哀求的运用（智能传感节点，如车窗、后视镜、大灯、车锁等），在不须要 CAN 总线的带宽和多功能的场合，可以利用 LIN 总线来节省本钱。

LIN 总线采取的是单线传输形式，运用了单主机多从机的观点，总线电平一样平常为 12V，传输速率最高限定为 20Kbit/s。
由于物理层的限定，一个 LIN 网络最多可以连接 16 个节点。

LIN 的特点

LIN 总线与 CAN 总线是汽车上主要的两种总线，个中 LIN 总线在车身电子（BCM）的设计中利用广泛，也是 ECU 设计中一个主要的部分。

对付 LIN 总线的发展前景，知乎某汽车工程师 Rechuin 表示，在很多整车厂中大灯模块都是挂在 CAN 线上的，随着原来对网络带宽、性能没有过高哀求的运用功能性增强（如大灯随动转向自动调节等一系列功能的增加），LIN 逐渐不能知足通信需求，以是开始转向 CAN 总线是个很好的选择。

此外，某车联网终端产品经理张扬也认为，LIN 逐步将会被淘汰，一方面由于 CAN 本钱越来越低，无论从开拓用度还是单件价格比 LIN 节点都贵不了多少；另一方面 LIN 速率太低，险些没法做 OTA（Over The Air，空中下载）升级。

结语

随着国际贸易摩擦不断升级，对海内车企引入国外核心技能及核心零部件都增加了障碍。
但严厉的形势也为中国汽车行业供应了机会，势必加速中国汽车芯片家当的发展，加快自主研发和创新的步伐，汽车芯片国产替代迎来了历史机遇。

车载 MCU 作为汽车芯片中的核心产品，未来将与其他自主设计的汽车信息娱乐系统 SOC、MEMS、仿照器件产品线形成有效联动，助力汽车“新四化”，不断推动国产芯片自主化进程。

AutoChips 杰发科技在内的本土企业，在推动自主化进程的路上已经迈开了步子。