SPC56系列PowerArchitecture32位汽車(chē)微控制器

近日，意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）通過(guò)延長(zhǎng)適用于車(chē)身，底盤(pán)和安全微控制器的壽命延長(zhǎng)來(lái)推動(dòng)汽車(chē)創(chuàng)新通過(guò)延長(zhǎng)壽命計(jì)劃到20年，SPC56汽車(chē)微控制器的可用性至少可以保證到2034年。

由將整合的設(shè)計(jì)和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的軟件輕松地移植到新的應(yīng)用程序中，用戶(hù)可以延長(zhǎng)其成功產(chǎn)品的使用壽命，并繼續(xù)依靠SPC56通用和高性能汽車(chē)微控制器進(jìn)行新設(shè)計(jì)，從而節(jié)省了開(kāi)發(fā)資源和成本。

SPC56系列PowerArchitecture32位汽車(chē)微控制器通過(guò)單核和多核選件提供了可擴(kuò)展的性能，其非易失性存儲(chǔ)器密度為256KB至4MB。MCU具有多種外部接口，并支持流行的汽車(chē)連接標(biāo)準(zhǔn)，例如LINFlex，F(xiàn)lexCAN和FlexRay，同時(shí)還包括10位和12位分辨率的ADC以及多個(gè)DSPI串行外設(shè)接口。

SPC56系列包括為車(chē)身和網(wǎng)關(guān)應(yīng)用量身定制的通用汽車(chē)微控制器，提供豐富的連接選項(xiàng)，包括I2C，快速以太網(wǎng)，帶有看門(mén)狗和定時(shí)器（eTPU，eMIOS）的靈活ADC通道。SPC56性能MCU面向動(dòng)力總成和底盤(pán)安全領(lǐng)域（例如安全氣囊控制），通過(guò)多核選件提供更高的性能。對(duì)于安全性至關(guān)重要的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員可以從支持ASIL-D功能安全性的器件中進(jìn)行選擇。內(nèi)置的安全功能包括存儲(chǔ)器糾錯(cuò)碼（ECC）保護(hù)，故障收集和控制單元（FCCU）以及芯片故障安全模式。

SPC5系列32位汽車(chē)微控制器旨在適應(yīng)各種汽車(chē)應(yīng)用，從網(wǎng)關(guān)，電動(dòng)汽車(chē)和ADAS到發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱控制，車(chē)身，底盤(pán)和安全性。

SPC5微控制器基于Power PC架構(gòu)，提供多達(dá)3個(gè)內(nèi)核，工作頻率高達(dá)200 MHz，結(jié)溫為165°C。

設(shè)計(jì)符合汽車(chē)AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，SPC5微控制器可提供：

壽命：15年保證，對(duì)于SPC56系列可延長(zhǎng)至20年

安全性：高達(dá)ASIL-D

安全性：具有符合Evita和SHE的硬件加速（HSM）的安全密鑰存儲(chǔ)。

工作溫度：-40至165°C（T J）時(shí)可保證完全工作

數(shù)據(jù)完整性：高達(dá)10 MB的ECC閃存，250 Kcycles的耐久性和高溫?cái)?shù)據(jù)保留能力

通信：CAN-FD，以太網(wǎng)，LIN，DSPI和FlexRay。

NXP Semiconductors FS6600 S32S2 MCU用安全SBC

NXP Semiconductors FS6600安全SBC是一款汽車(chē)用、功能安全的多輸出電源集成電路。FS6600 SBC是S32S2微控制器的主要配套芯片。FS6600的環(huán)境工作溫度范圍為-40℃至125℃，電源電壓范圍為-0.3V至60V或2.7V至60V。

NXP FS6600電源IC包括多開(kāi)關(guān)模式和線(xiàn)性穩(wěn)壓器，具有增強(qiáng)的安全特性，包含故障安全輸出。這包括FS6600集成到全部件安全導(dǎo)向系統(tǒng)中，最高達(dá)到ASIL D級(jí)安全完整性。該器件設(shè)計(jì)符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)，并將滿(mǎn)足AEC-Q100 rev H的要求。

FS6600 S32S2 MCU用安全SBC設(shè)計(jì)用于傳動(dòng)系、安全和底盤(pán)汽車(chē)應(yīng)用。

Operating Characteristics

特性

最大輸入電壓：60VDC

多個(gè)SMPS和LDO，為S32S2微控制器供電

待機(jī)OFF模式：10uA超低休眠電流

帶CRC的32位SPI接口

ASIL D用FIT，帶獨(dú)立安全監(jiān)控單元

規(guī)范

環(huán)境工作溫度范圍：-40℃至125℃（最小值至最大值）

器件功能 - 線(xiàn)性穩(wěn)壓器、安全電源和SMPS

過(guò)熱、過(guò)壓、欠壓、限流保護(hù)

電源電壓：-0.3V至60V、2.7V至60V（最小值至最大值）

應(yīng)用

電池管理系統(tǒng)

電氣牽引

高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器

混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)應(yīng)用

內(nèi)燃機(jī)

框圖

MCU是汽車(chē)控制的核心芯片

微控制器（Micro-controller Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)MCU）是指把中央處理器的規(guī)格與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存、計(jì)數(shù)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換）、異步收發(fā)傳輸器（UART）、可編程邏輯控制器（PLC）以及各種輸入輸出結(jié)構(gòu)等整合在單一芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，被廣泛地應(yīng)用在消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)和通信、工業(yè)、汽車(chē)電子、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)應(yīng)用的升級(jí)以及新興應(yīng)用的帶動(dòng)，仍在不斷觸發(fā)MCU潛力。

隨著智能汽車(chē)的發(fā)展，用戶(hù)對(duì)汽車(chē)的安全性、穩(wěn)定性、智能性不斷提出更新的要求，每一個(gè)車(chē)載功能的實(shí)現(xiàn)都需要復(fù)雜的芯片組和算法的穩(wěn)定支撐，MCU將發(fā)揮更大的作用。

常用的車(chē)用半導(dǎo)體芯片主要分為控制類(lèi)半導(dǎo)體、功率類(lèi)半導(dǎo)體和傳感器，MCU一般是用于汽車(chē)控制的核心芯片。IC Insight數(shù)據(jù)顯示，2019年車(chē)規(guī)級(jí)MCU銷(xiāo)售額占MCU總銷(xiāo)售額的39%，預(yù)計(jì)車(chē)規(guī)級(jí)MCU的需求和用量也將進(jìn)一步提升。對(duì)于智能汽車(chē)來(lái)講，車(chē)規(guī)級(jí)MCU的應(yīng)用范圍將更為廣泛，無(wú)論是簡(jiǎn)單的駕車(chē)操作，比如發(fā)動(dòng)機(jī)控制、雨刷器、車(chē)窗控制、電動(dòng)座椅、空調(diào)等控制單元，還是到復(fù)雜且智能的車(chē)載功能，比如車(chē)身動(dòng)力、行車(chē)控制、信息娛樂(lè)、輔助駕駛等，每一個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)都需要復(fù)雜的芯片組和穩(wěn)定的算法作為支撐。iSuppli報(bào)告稱(chēng)，一輛汽車(chē)內(nèi)的半導(dǎo)體器件數(shù)量中，MCU芯片約占30%，平均每輛汽車(chē)大約需要70顆MCU，而一輛新能源汽車(chē)大約需要300多顆。

MCU將是“汽車(chē)大腦”的重要組成

MCU作為汽車(chē)智能大腦，扮演核心的“思考、運(yùn)算、控制”的功能，隨著汽車(chē)的電子電器架構(gòu)向集中式演進(jìn)，MCU不僅需要繼續(xù)承擔(dān)色彩信息、空間信息等高維數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換和傳送功能，還需要承擔(dān)智能決策控制的核心角色，隨著自動(dòng)駕駛等級(jí)的逐步提高，MCU市場(chǎng)有望加速增長(zhǎng)。

以自動(dòng)駕駛車(chē)輛的電子控制系統(tǒng)為例。在駕駛過(guò)程中，各類(lèi)傳感器會(huì)將采集的數(shù)據(jù)傳送給底盤(pán)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和駕駛系統(tǒng)的MCU中，由MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，并傳遞給中央系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和駕駛決策制定，中央系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)將決策指令傳回到MCU中，由MCU傳達(dá)到底盤(pán)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和駕駛系統(tǒng)中的執(zhí)行對(duì)象來(lái)進(jìn)行指令的執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)MCU對(duì)各個(gè)執(zhí)行對(duì)象的智能控制。

圖3 MCU成PC端與信息采集的核心樞紐

以新能源汽車(chē)的車(chē)輛控制系統(tǒng)為例。整車(chē)控制器（Vehicle Controller Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)VCU）是實(shí)現(xiàn)整車(chē)控制決策的核心電子控制單元，是新能源汽車(chē)的中央控制單元。VCU通過(guò)采集油門(mén)踏板、擋位、剎車(chē)踏板等信號(hào)來(lái)判斷駕駛員的駕駛意圖，并通過(guò)監(jiān)測(cè)車(chē)輛狀態(tài)（車(chē)速、溫度等）信息，由VCU判斷處理后，通過(guò)MCU向動(dòng)力系統(tǒng)、動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)送車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)載電力系統(tǒng)工作模式的控制。

圖4新能源汽車(chē)整車(chē)控制器示意圖

智能網(wǎng)聯(lián)推動(dòng)車(chē)規(guī)級(jí)MCU升級(jí)，32位已成主流發(fā)展方向
在ADAS以及自動(dòng)駕駛領(lǐng)域中，MCU主要配合負(fù)責(zé)感知的高算力MPU或SoC，根據(jù)當(dāng)前車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀況和感知目標(biāo)進(jìn)行控制變量的計(jì)算。在汽車(chē)向智能化系統(tǒng)演變的過(guò)程中，行業(yè)和政策對(duì)于智能汽車(chē)安全性、環(huán)保性的規(guī)定越來(lái)越高，所以對(duì)MCU的控制運(yùn)算能力有了更高的要求。尤其是域控制器和眾多ECU的執(zhí)行架構(gòu)成為了汽車(chē)電子控制的主流架構(gòu)，其對(duì)算力、網(wǎng)絡(luò)接口的功能有了更高的需求，同時(shí)需要降低功耗，這對(duì)MCU芯片提出了更高的要求，也直接推動(dòng)了車(chē)規(guī)級(jí)MCU的升級(jí)。

從總線(xiàn)寬度方面，車(chē)規(guī)級(jí)MCU逐漸由8/16位升級(jí)到32位，32位MCU工作頻率大多在100-350MHz之間，處理能力和執(zhí)行效能比8/16位更好，其應(yīng)用也更為寬泛。此外，隨著先進(jìn)制程工藝的采用，32位MCU的成本逐年降低，價(jià)格上將更有競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)，隨著汽車(chē)智能化程度的不斷增加，車(chē)規(guī)級(jí)MCU將向多功能集成及超低功耗方向發(fā)展，且使用數(shù)量將不斷增加；同時(shí)，大量使用的車(chē)載傳感器、車(chē)載攝像頭，也需要高性能的MCU來(lái)做模擬數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理與驅(qū)動(dòng)控制。因此，在未來(lái)更高階自動(dòng)駕駛等級(jí)的汽車(chē)中，加以多傳感器融合的大趨勢(shì)下，32位車(chē)規(guī)級(jí)MCU將成為主流產(chǎn)品。

圖5車(chē)規(guī)級(jí)MCU的應(yīng)用領(lǐng)域

從工藝制程方面，目前主流為55nm工藝制程，未來(lái)40nm和22nm制程有望得到推廣。相對(duì)于目前集成電路5nm、3nm的先進(jìn)制程，40nm和22nm并不是前沿的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，不過(guò)對(duì)于車(chē)規(guī)級(jí)MCU已經(jīng)足夠。工藝越先進(jìn)的MCU動(dòng)態(tài)功耗越好，但靜態(tài)功耗反而會(huì)因此變差，市場(chǎng)普遍認(rèn)為40nm和22nm是非常適合MCU的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，在這兩個(gè)尺寸上面的MCU可以實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)。

本文數(shù)據(jù)及資料來(lái)源自ST、NXP、Mouser、MIKROE、電子迷、經(jīng)緯恒潤(rùn)、工研院，國(guó)泰君安證券研究等官網(wǎng)

原文標(biāo)題：車(chē)規(guī)級(jí)MCU新品介紹：ST SPC56和NXP FS6600系列

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