一文读懂汽车芯片--控制芯片（车身+座舱）

mengmianren

来源：希骥智能网联汽车


1. 车身域控制芯片


车身域主要负责车身各种功能的控制。随着整车发展，车身域控制器也越来越多，为了降低控制器成本，降低整车重量，集成化需要把所有的功能器件，从车头的部分、车中间的部分和车尾部的部分如后刹车灯、后位置灯、尾门锁、甚至双撑杆统一集成到一个总的控制器里面。车身域控制器一般集成BCM、PEPS、TPMS、Gateway等功能，也可拓展增加座椅调节、后视镜控制、空调控制等功能，综合统一管理各执行器，合理有效地分配系统资源。车身域控制器的功能众多，如下图所示，但不限于在此列举的功能。
车身域控制器功能表

※资料来源：公开资料、编写单位提供
（1）工作要求汽车电子对MCU控制芯片的主要诉求为更好的稳定性、可靠性、安全性、实时性等技术特性要求，以及更高的计算性能和存储容量，更低的功耗指标要求。车身域控制器从分散化的功能部署，逐渐过渡到集成所有车身电子的基础驱动、钥匙功能、车灯、车门、车窗等的大控制器，车身域控制系统设计综合了灯光、雨刮洗涤、中控门锁、车窗等控制，PEPS智能钥匙、电源管理等，以及网关CAN、可扩展CANFD和FLEXRAY、LIN网络、以太网等接口和模块等多方面的开发设计技术。在总体上讲，车身域上述各种控制功能对MCU主控芯片的工作要求主要体现在运算处理性能、功能集成度和通信接口，以及可靠性等方面。具体要求方面由于车身域不同功能应用场景的功能差异性较大，例如电动车窗、自动座椅、电动尾门等车身应用还存在高效电机控制方面的需求，这类车身应用要求MCU集成有FOC电控算法等功能。此外，车身域不同应用场景对芯片的接口配置需求也不尽相同。因此，通常需要根据具体应用场景的功能和性能要求，并在此基础上综合衡量产品性价比、供货能力与技术服务等因素进行车身域MCU选型。
（2）性能要求车身域控制类MCU芯片主要参考指标如下：

性能：ARM Cortex-M4F @144MHz，180DMIPS，内置8KB指令Cache缓存，支持Flash加速单元执行程序0等待。大容量加密存储器：高达512K Bytes eFlash，支持加密存储、分区管理及数据保护，支持ECC校验，10万次擦写次数，10年数据保持；144K Bytes SRAM，支持硬件奇偶校验。集成丰富的通信接口：支持多路GPIO、USART、UART、SPI、QSPI、I2C、SDIO、USB2.0、CAN 2.0B、EMAC、DVP等接口。集成高性能模拟器件：支持12bit 5Msps高速ADC、轨到轨独立运算放大器、高速模拟比较器、12bit 1Msps DAC；支持外部输入独立参考电压源，多通道电容式触摸按键；高速DMA控制器。支持内部RC或外部晶体时钟输入、高可靠性复位。内置可校准的RTC实时时钟，支持闰年万年历，闹钟事件，周期性唤醒。支持高精度定时计数器。硬件级安全特性：密码算法硬件加速引擎，支持AES、DES、TDES、SHA1/224/256，SM1、SM3、SM4、SM7、MD5算法；Flash存储加密，多用户分区管理（MMU），TRNG真随机数发生器，CRC16/32运算；支持写保护（WRP），多种读保护（RDP）等级（L0/L1/L2）；支持安全启动，程序加密下载，安全更新。支持时钟失效监测，防拆监测。具有96位UID及128位UCID。高可靠工作环境：1.8V～3.6V/-40℃～105℃。

（3）产业格局车身域电子系统不论是对国外企业还是国内企业都处于成长初期。国外企业在如BCM、PEPS、门窗、座椅控制器等单功能产品上有深厚的技术积累，同时各大外企的产品线覆盖面较广，为他们做系统集成产品奠定了基础。而国内企业新能源车车身应用上具有一定优势。以BYD为例，在BYD的新能源车上，将车身域分为左右后三个域，重新布局和定义系统集成的产品。但是在车身域控制芯片方面，MCU的主要供货商为仍然为英飞凌、恩智浦、瑞萨、Microchip、ST等国际芯片厂商，国产芯片厂商目前市场占有率低。（4）行业壁垒从通信角度来看，存在传统架构-混合架构-最终的Vehicle Computer Platform的演变过程。这里面通信速度的变化，还有带高功能安全的基础算力的价格降低是关键，未来有可能逐步实现在基础控制器的电子层面兼容不同的功能。例如车身域控制器能够集成传统BCM、PEPS、纹波防夹等功能。相对来说，车身域控制芯片的技术壁垒要低于动力域、驾舱域等，国产芯片有望率先在车身域取得较大突破并逐步实现国产替代。近年来，国产MCU在车身域前后装市场已经有了非常良好的发展势头。


2. 座舱域控制芯片


电动化、智能化、网联化加快了汽车电子电气架构向域控方向发展，座舱域也在从车载影音娱乐系统到智能座舱快速发展。座舱以人机交互界面呈现出来，但不管是之前的信息娱乐系统还是现在的智能座舱，除了有一颗运算速度强大的SOC，还需要一颗实时性高的MCU来处理与整车的数据交互。软件定义汽车、OTA、Autosar在智能座舱域的逐渐普及，使得对座舱域MCU资源要求也越来越高。具体体现在FLASH、RAM容量需求越来越大，PIN Count需求也在增多，更复杂的功能需要更强的程序执行能力，同时还要有更丰富的总线接口。（1）工作要求MCU在座舱域主要实现系统电源管理、上电时序管理、网络管理、诊断、整车数据交互、按键、背光管理、音频DSP/FM模块管理、系统时间管理等功能。MCU资源要求：

对主频和算力有一定要求，主频不低于100MHz且算力不低于200DMIPS；Flash存储空间不低于1MB，具有代码Flash和数据Flash物理分区；RAM不低于128KB；高功能安全等级要求，可以达到ASIL-B等级；支持多路ADC；支持多路CAN-FD；车规等级AEC-Q100 Grade1；支持在线升级（OTA），Flash支持双Bank；需要有SHE/HSM-light等级及以上信息加密引擎，支持安全启动；Pin Count不低于100PIN；

（2）性能要求

IO支持宽电压供电（5.5v~2.7v），IO口支持过压使用；

很多信号输入根据供电电池电压波动，存在过压输入情况，IO口支持过压使用能提升系统稳定、可靠性。

存储器寿命：

汽车生命周期长达10年以上，因此汽车MCU程序存储、数据存储需要有更长的寿命。程序存储和数据存储需要有单独物理分区，其中程序存储擦写次数较少，因此Endurance>10K即可，数据存储需要频繁擦写，需要有更大的擦写次数，参考data flash指标Endurance>100K, 15年(<1K),10年(<100K)。

通信总线接口；

汽车上总线通信负荷量越来越高，因此传统CAN已不能满足通信需求，高速CAN-FD总线需求越来越高，支持CAN-FD逐渐成为MCU标配。（3）产业格局目前国产智能座舱MCU占比还很低，主要供应商仍然是NXP、 Renesas、Infineon、ST、Microchip等国际MCU厂商。国内有多家MCU厂商已在布局，市场表现还有待观察。（4）行业壁垒智能座舱车规等级、功能安全等级相对不算太高，主要是know how方面的积累，需要不断的产品迭代和完善。同时由于国内晶圆厂有车规MCU产线的不多，制程也相对落后一些，若要实现全国产供应链需要一段时间的磨合，同时可能还存在成本更高的情况，与国际厂商竞争压力更大。


3. 车身和座舱域国产控制芯片应用情况


车载控制类芯片主要以车载MCU为主，国产龙头企业如紫光国微、华大半导体、上海芯钛、兆易创新、杰发科技、芯驰科技、北京君正、深圳曦华、上海琪埔维、国民技术等，均有车规级MCU产品序列，对标海外巨头产品，目前以ARM架构为主，也有部分企业开展了RISC-V架构的研发。目前国产车载控制域芯片主要应用于汽车前装市场，在车身域、信息娱乐域实现了上车应用。国产车身域和座舱域控制器芯产品应用情况