车规MCU应用场景及国产替代进展

Original 快乐的肌肉汽车MCU软件设计 2024-03-08

目录
1.车规MCU应用场景 1.1 车身域 1.2 动力底盘域 1.3 座舱域和智驾域 1.4 网联域2.国产替代进展3.小结

前面一篇文章对车规MCU国产替代的背景与一些往事进行了简单叙述，今天来聊聊车规MCU具体会在汽车哪些地方用到，以及当前国产替代MCU的上车进展。

1.车规MCU应用场景

之前写智能网联汽车的信息安全应用场景的时候，简单把当前比较主流的汽车整车电子电气架构画了一下，如下图：

从上面架构可以看出，整车电子电气架构目前还是主要分为五大域，分别为座舱域、智驾域、车身域和底盘域，以及网联域。

1.1 车身域

车身域主要负责车内驾驶员和乘客舒适控制、车辆照明和车窗控制等；以当前智能网联汽车为例，车身域控收到驾驶员或者乘客通过座舱域控发出的控制指令后，经过解析后控制下挂节点对车窗、空调、座椅等进行操作；下图为TI的BCM系统框图：

由于车身域控的相关功能不会直接影响到行车安全，在功能安全等级上通常要求ASIL B，同时控制功能对芯片算力和性能要求因此这也成为了车规MCU国产替代的内卷重灾区，目前很多没有车规背景的芯片厂拿自家工规级芯片做AEC-Q100后就宣称切入车规MCU赛道，导致现在相关芯片质量良莠不齐，难以分辨。

1.2 动力底盘域

动力底盘域，顾名思义就是负责汽车的行驶、制动等动力的提供。根据汽车的不同类型，底盘域负责的功能也不一样。对传统油车来说，底盘域控负责管理发动机、变速箱和配电系统等；对于电动汽车，域控就是主要管理我们常聊的三电系统：电池、电机、电控，当然这不是一个ECU就可以搞定的。这类控制器在功能上通常涉及到汽车的行车、制动、车身稳定、转向稳定和悬架控制，在算力要求和功能安全等级要求都比较高，通常需要ASIL D等级，如果是涉及到驱动电机控制，还需要高主频，一般要求单核200到300MHz，整个MCU需要至少双核；此外，鉴于目前信息安全的风吹的很多，通常还需要考虑Evita Full/Medium等级的HSM。目前，这个域控还是英飞凌的TC37x/39x占据市场绝对优势，国产替代还没有相对成型的产品出现，毕竟这是几家芯片厂和著名Tier 1一起搞的护城河，要想挤进去还是很有难度。下图为英飞凌官网介绍的芯片关于safety相关的场景覆盖

1.3 座舱域和智驾域

座舱域和智驾域放在一起讨论，主要原因还是在于目前这两个域的ECU产品形态比较相似，以座舱域空为例，目前基本架构仍采用SOC+MCU，如下图：

原因是目前座舱域控SoC芯片架构多是从手机端迁移过来的，本身不带车载网络访问的接口，比如CAN、FlexRay、LIN等，同时缺乏必要的安全控制措施（如中控仪表Crush等），因此需要搭配MCU去访问车身网络、作为安全岛来控制整个座舱域控的上电、休眠等等，例如MCU与SOC之间有心跳检测，如果长时间MCU没有收到SOC的心跳，那么MCU可以重新给SOC上电，完成重启。同样的，智驾域的形态也很类似，例如TI的TDA4、TC397+Orin，或者目前发展很火的TC397+Atlan。下图为TDA4架构

在这些域控里面，MCU提供的多为车内网络通信、控制功能、快速安全启动、高功能安全、高信息安全的功能。因此，ASIL D 、Evita Medium\Full HSM、多通信接口、多I/O控制等是这类MCU必须的。1.4 网联域这个域主要是以T-BOX为基础，提供云端-车端的通信，为车主提供导航、各类手机App远程服务等。这类架构基本也是MCU+MPU的方式，基本如下：

MCU仍然提供车内网络通讯、电源管理、监控MPU等功能，常见的芯片有瑞萨RH850/F和D系列。目前有听说已经由相关国产替代MCU出现。

2.国产替代进展关于车身域和网联域的MCU，由于其性能要求和功能安全等级要求较低，目前国内已经有很多产品出现。

杰发科技AC781x基于ARM Cortex®-M3内核，运行主频为100MHz，最高256KB Flash；
芯旺微KF32A156，拥有512KB Flash、64KB RAM，支持2路CANFD；
云途半导体的YTM32B1L，基于基于ARM Cortex®-M33内核，运行主频120MHz；
小华半导体 HC32A4，M4内核，512KB-2MBFlash，主频200-240MHz；
智芯半导体 Z20K11/4系列，M4F内核，主频160 MHz，2M PFLASH + 128K DFLASH， 8路CANFD，6路UART/LIN接口；
旗芯微FC4150系列，M4F内核，主频150 MHz，2 MB PFlash、256 KB DFlash
曦华科技 CVM011\4x系列，M4F内核，主频160MHz，1MB PFlash、256K DFlash

可以看到，上述产品同质化非常严重，并且近几年新成立的新半导体公司或多或少都带有NXP的风格，从产品命名、官网发布的产品架构等等都可以看出端倪；除了上面提到几家，据盖世汽车整理，目前市面上共有近25家芯片厂参与到这场角逐中，所以各位主机厂、Tier 1经常会遇到不知道怎么选国产芯片的问题，而且据说某些公司售后极其糟糕，严重影响了国产替代的声誉。至于底盘动力域、智驾域和座舱域，目前仅了解到芯驰E3、旗芯微FC7300系列、云途YTMB1H等有国产供应商在进行对比和选型。

3.小结

可以看到，目前国产芯片厂对于切入到车规赛道均采用的是从低端开始、慢慢切入到中高端，排除几家有NXP血脉的新进半导体厂商，还没有一家能打的企业能够做出类似TC3xx系列、瑞萨RH850/P1x系列等关于动力控制类的高安全等级芯片。按目前车规MCU的烧钱速度和内卷趋势，未来3到5年，能成功打进供应链体系的半导体厂商只会每个方向都只会存活1到2家，这还要看目前NXP、IFX、瑞萨、ST和TI的脸色。

往期回顾：

1.汽车标定精选

万字长文：汽车标定技术--XCP概述
汽车标定技术--A2L格式分析
汽车标定技术--标定量与#pragma的趣事
汽车ECU标定的实现方式
英飞凌TC3xx-Overlay机制

2.AUTOSAR精选

AUTOSAR OS概述（一）
AUTOSAR OS概述(二)
AUTOSAR 诊断栈分析(一)
AUTOSAR 诊断栈分析(二):DEM
AUTOSAR诊断栈分析(三):DTC状态位

3.汽车网络安全精选

汽车网络安全渗透测试概述
汽车网络安全方案需求分析
汽车信息安全--常见车规MCU安全启动方案
车载信息安全场景概述

4.汽车功能安全精选

5.汽车虚拟化精选

汽车ECU虚拟化技术初探(一)

汽车ECU虚拟化技术(二)--U2A虚拟化功能

6.杂七杂八