SPC56系列PowerArchitecture32位汽車微控制器

近日，意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）通過延長適用于車身，底盤和安全微控制器的壽命延長來推動(dòng)汽車創(chuàng)新通過延長壽命計(jì)劃到20年，SPC56汽車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)過驗(yàn)證的軟件輕松地移植到新的應(yīng)用程序中，用戶可以延長其成功產(chǎn)品的使用壽命，并繼續(xù)依靠SPC56通用和高性能汽車微控制器進(jìn)行新設(shè)計(jì)，從而節(jié)省了開發(fā)資源和成本。

SPC56系列PowerArchitecture32位汽車微控制器通過單核和多核選件提供了可擴(kuò)展的性能，其非易失性存儲器密度為256KB至4MB。MCU具有多種外部接口，并支持流行的汽車連接標(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系列包括為車身和網(wǎng)關(guān)應(yīng)用量身定制的通用汽車微控制器，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)力總成和底盤安全領(lǐng)域（例如安全氣囊控制），通過多核選件提供更高的性能。對于安全性至關(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位汽車微控制器旨在適應(yīng)各種汽車應(yīng)用，從網(wǎng)關(guān)，電動(dòng)汽車和ADAS到發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱控制，車身，底盤和安全性。

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AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，SPC5微控制器可提供：

壽命：15年保證，對于SPC56系列可延長至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。

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包括多開關(guān)模式和線性穩(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級安全完整性。該器件設(shè)計(jì)符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)，并將滿足AEC-Q100 rev H的要求。

FS6600 S32S2 MCU用安全SBC設(shè)計(jì)用于傳動(dòng)系、安全和底盤汽車應(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 - 線性穩(wěn)壓器、安全電源和SMPS

過熱、過壓、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(HEV)應(yīng)用

內(nèi)燃機(jī)

框圖

MCU是汽車控制的核心芯片

微控制器（Micro-controller Unit，簡稱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)、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)應(yīng)用的升級以及新興應(yīng)用的帶動(dòng)，仍在不斷觸發(fā)MCU潛力。

隨著智能汽車的發(fā)展，用戶對汽車的安全性、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。

常用的車用半導(dǎo)體芯片主要分為控制類半導(dǎo)體、功率類半導(dǎo)體和傳感器，MCU一般是用于汽車控制的核心芯片。IC Insight數(shù)據(jù)顯示，2019年車規(guī)級MCU銷售額占MCU總銷售額的39%，預(yù)計(jì)車規(guī)級MCU的需求和用量也將進(jìn)一步提升。對于智能汽車來講，車規(guī)級MCU的應(yīng)用范圍將更為廣泛，無論是簡單的駕車操作，比如發(fā)動(dòng)機(jī)控制、雨刷器、車窗控制、電動(dòng)座椅、空調(diào)等控制單元，還是到復(fù)雜且智能的車載功能，比如車身動(dòng)力、行車控制、信息娛樂、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，一輛汽車內(nèi)的半導(dǎo)體器件數(shù)量中，MCU芯片約占30%，平均每輛汽車大約需要70顆MCU，而一輛新能源汽車大約需要300多顆。

MCU將是“汽車大腦”的重要組成

MCU作為汽車智能大腦，扮演核心的“思考、運(yùn)算、控制”的功能，隨著汽車的電子電器架構(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)駕駛等級的逐步提高，MCU市場有望加速增長。

以自動(dòng)駕駛車輛的電子控制系統(tǒng)為例。在駕駛過程中，各類傳感器會(huì)將采集的數(shù)據(jù)傳送給底盤系統(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)行對象來進(jìn)行指令的執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)MCU對各個(gè)執(zhí)行對象的智能控制。

圖3 MCU成PC端與信息采集的核心樞紐

以新能源汽車的車輛控制系統(tǒng)為例。整車控制器（Vehicle Controller Unit，簡稱VCU）是實(shí)現(xiàn)整車控制決策的核心電子控制單元，是新能源汽車的中央控制單元。VCU通過采集油門踏板、擋位、剎車踏板等信號來判斷駕駛員的駕駛意圖，并通過監(jiān)測車輛狀態(tài)（車速、溫度等）信息，由VCU判斷處理后，通過MCU向動(dòng)力系統(tǒng)、動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)送車輛的運(yùn)行狀態(tài)控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)和車載電力系統(tǒng)工作模式的控制。

圖4新能源汽車整車控制器示意圖

智能網(wǎng)聯(lián)推動(dòng)車規(guī)級MCU升級，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。在汽車向智能化系統(tǒng)演變的過程中，行業(yè)和政策對于智能汽車安全性、環(huán)保性的規(guī)定越來越高，所以對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)成為了汽車電子控制的主流架構(gòu)，其對算力、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MCU芯片提出了更高的要求，也直接推動(dòng)了車規(guī)級MCU的升級。

從總線寬度方面，車規(guī)級MCU逐漸由8/16位升級到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)格上將更有競爭力。未來，隨著汽車智能化程度的不斷增加，車規(guī)級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)，大量使用的車載傳感器、車載攝像頭，也需要高性能的MCU來做模擬數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理與驅(qū)動(dòng)控制。因此，在未來更高階自動(dòng)駕駛等級的汽車中，加以多傳感器融合的大趨勢下，32位車規(guī)級MCU將成為主流產(chǎn)品。

圖5車規(guī)級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40nm和22nm制程有望得到推廣。相對于目前集成電路5nm、3nm的先進(jìn)制程，40nm和22nm并不是前沿的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，不過對于車規(guī)級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)及資料來源自ST、NXP、Mouser、MIKROE、電子迷、經(jīng)緯恒潤、工研院，國泰君安證券研究等官網(wǎng)

原文標(biāo)題：車規(guī)級MCU新品介紹：ST SPC56和NXP FS6600系列

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