Perinteinen polttoaineajoneuvo vaatii noin 500–600 sirua, ja noin 1 000 kevyttä sekakäyttöistä autoa, ladattavaa hybridiä ja täyssähköajoneuvoa tarvitsee vähintään 2 000 sirua.
Tämä tarkoittaa, että älykkäiden sähköajoneuvojen nopean kehityksen myötä edistyneiden prosessisirujen kysyntä on kasvanut jatkuvasti, ja myös perinteisten sirujen kysyntä kasvaa edelleen. Tämä on mikrokontrolleri (MCU). Polkupyörien määrän kasvun lisäksi verkkotunnusohjain (domain Controller) tuo mukanaan uutta kysyntää korkean turvallisuuden, luotettavuuden ja suuren laskentatehon mikrokontrollereille.
MCU eli mikrokontrolleriyksikkö, joka tunnetaan myös nimellä yksisiruinen mikrotietokone/mikrokontrolleri/yksisiruinen mikrotietokone, yhdistää suorittimen, muistin ja oheislaitteiden toiminnot yhdelle sirulle muodostaen sirutason tietokoneen, jolla on ohjaustoiminnot. Sitä käytetään pääasiassa signaalinkäsittelyyn ja ohjaukseen. Se on älykkään ohjausjärjestelmän ydin.
Mikrokontrollerit ja autoelektroniikka, teollisuus, tietokoneet ja verkot, kulutuselektroniikka, kodinkoneet ja esineiden internet liittyvät läheisesti elämäämme. Autoelektroniikka on autoelektroniikan suurin markkina-alue, ja autoelektroniikka muodostaa 33 % maailmanlaajuisesti.
MCU-rakenne
MCU koostuu pääasiassa keskusprosessorista (CPU), muistista (ROM ja RAM), tulo- ja lähtö-I/O-liitännästä, sarjaportista, laskurista jne.
SuoritinKeskussuoritin (Central Processing Unit) on MCU:n ydinosa. Komponentit voivat suorittaa datan aritmeettis-loogisia operaatioita, bittimuuttujien käsittelyä ja tiedonsiirtoa. Ohjausosat koordinoivat työtä tietyn ajan kuluessa peräkkäin analysoidakseen ja suorittaakseen käskyjä.
ROM-muistiRead-only Memory on ohjelmamuisti, jota käytetään valmistajien kirjoittamien ohjelmien tallentamiseen. Tiedot luetaan rikkomattomalla tavalla. Ydin
RAM-muistiaRAM-muisti (RAM-muisti) on datamuisti, joka vaihtaa tietoja suoraan suorittimen kanssa, eikä tietoja voida säilyttää virrankatkoksen jälkeen. Ohjelmaan voidaan kirjoittaa ja lukea milloin tahansa sen ollessa käynnissä, ja sitä käytetään yleensä tilapäisenä tallennusvälineenä käyttöjärjestelmille tai muille käynnissä oleville ohjelmille.
CPU:n ja MCU:n välinen suhde:
CPU on toiminnan ohjauksen ydin. CPU:n lisäksi MCU sisältää myös ROM- tai RAM-muistia, joka on sirutason siru. Yleisiä siruja ovat SOC (System On Chip), joita kutsutaan järjestelmätason siruiksi, jotka voivat tallentaa ja suorittaa järjestelmätason koodia sekä suorittaa QNX-, Linux- ja muita käyttöjärjestelmiä, mukaan lukien useita prosessoriyksiköitä (CPU + GPU + DSP + NPU + tallennus + liitäntäyksikkö).
MCU-numerot
Numero viittaa kunkin dataa käsittelevän mikrokontrollerin leveyteen. Mitä suurempi numeroiden määrä on, sitä suurempi on mikrokontrollerin tiedonkäsittelykapasiteetti. Tällä hetkellä tärkeimmät ovat 8, 16 ja 32 numeroa, joista 32 bittiä on eniten ja niiden osuus kasvaa nopeasti.
Autoelektroniikan sovelluksissa 8-bittisen MCU:n kustannukset ovat alhaiset ja helppo kehittää. Tällä hetkellä sitä käytetään enimmäkseen suhteellisen yksinkertaiseen ohjaukseen, kuten valaistukseen, sadeveteen, ikkunoihin, istuimiin ja oviin. Monimutkaisempiin toimintoihin, kuten mittariston näyttöön, ajoneuvon viihdejärjestelmiin, tehonhallintajärjestelmiin, alustaan, kuljettajan avustusjärjestelmiin jne., käytetään kuitenkin pääasiassa 32-bittistä ja autojen sähköistämisen, älykkyyden ja verkottumisen iteraatiokehityksen myötä myös MCU:n laskentatehovaatimukset kasvavat jatkuvasti.
MCU-auton todennus
Ennen kuin MCU-toimittaja liittyy OEM-toimitusketjujärjestelmään, on yleensä suoritettava kolme pääsertifiointia: suunnitteluvaiheessa on noudatettava toiminnallista tietoturvastandardia ISO 26262, virtaus- ja pakkausvaiheessa AEC-Q001–004- ja IATF16949-standardeja sekä sertifiointitestausvaiheessa AEC-Q100/Q104-standardia.
Näistä ISO 26262 määrittelee ASIL:n neljä turvallisuustasoa: matalasta korkeaan, A, B, C ja D; AEC-Q100 on jaettu neljään luotettavuustasoon: matalasta korkeaan, 3, 2, 1 ja 0. Ydin: AEC-Q100-sarjan sertifiointi kestää yleensä 1–2 vuotta, kun taas ISO 26262 -sertifiointi on vaikeampi ja sykli pidempi.
MCU:n sovellus älykkäiden sähköajoneuvojen teollisuudessa
Mikrokontrollerin (MCU) käyttökohteet autoteollisuudessa ovat erittäin laajat. Esimerkiksi etupöydät ovat sovellusalueita korin lisävarusteissa, sähköjärjestelmissä, alustassa, ajoneuvon tietoviihteessä ja älykkäässä ajamisessa. Älykkäiden sähköajoneuvojen aikakauden myötä ihmisten kysyntä MCU-tuotteille kasvaa entisestään.
Sähköistys:
1. Akun hallintajärjestelmä BMSAkkuautomaatiojärjestelmän on ohjattava latausta ja purkausta, lämpötilaa ja akun tasapainotusta. Pääohjauskortti vaatii mikrokontrollerin, ja jokainen apukonsoli vaatii myös yhden mikrokontrollerin.
2.Ajoneuvon ohjain VCUSähköajoneuvojen energianhallinnan on lisättävä ajoneuvon ohjainta, ja samalla se on varustettu 32-bittisillä huippuluokan MCU:illa, jotka eroavat kunkin tehtaan suunnitelmista;
3.Moottorin ohjain/vaihteiston ohjain: vakiovaihto, sähköajoneuvon invertteriohjaus MCU vaihtoehtoinen öljyajoneuvon moottorinohjain. Moottorin suuren nopeuden vuoksi alennusvaihteistoa on hidastettava. Vaihteiston ohjain.
Älykkyys:
1. Kotimaiset automarkkinat ovat tällä hetkellä vielä L2-suurnopeusautojen leviämisvaiheessa. Kokonaisvaltaisten kustannus- ja suorituskykynäkökohtien perusteella OEM-valmistajat lisäävät ADAS-toimintoa ja käyttävät edelleen hajautettua arkkitehtuuria. Kuormitusnopeuden kasvaessa myös anturitietojen käsittelyn MCU kasvaa vastaavasti.
2. Ohjaamotoimintojen määrän kasvun vuoksi uusien, korkeamman energian sirujen rooli on yhä tärkeämpi, ja vastaava MCU-status on heikentynyt.
Käsityö
Itse MCU:lla on ensisijaiset vaatimukset laskentatehon suhteen, eikä sillä ole korkeita vaatimuksia edistyneille prosesseille. Samaan aikaan sen sisäänrakennettu sulautettu tallennustila rajoittaa myös MCU-prosessin parantamista. Käytä 28 nm:n prosessia MCU-tuotteissa. Ajoneuvomääräysten vaatimukset koskevat pääasiassa 8 tuuman kiekkoja. Jotkut valmistajat, erityisesti IDM, ovat alkaneet siirtyä 12 tuuman alustalle.
Nykyiset 28 nm:n ja 40 nm:n prosessit ovat markkinoiden valtavirtaa.
Tyypillisiä yrityksiä kotimaassa ja ulkomailla
Verrattuna kulutus- ja teollisuusluokan MCU:ihin, autotason MCU:lla on korkeammat vaatimukset käyttöympäristön, luotettavuuden ja toimitussyklin suhteen. Lisäksi markkinoille pääsy on vaikeaa, joten MCU:n markkinarakenne on yleisesti ottaen suhteellisen keskittynyt. Vuonna 2021 maailman viisi suurinta MCU-yritystä muodostivat 82 %.
Tällä hetkellä maani autotason MCU on vielä käyttöönottovaiheessa, ja toimitusketjulla on suuri potentiaali maalla ja kotimaassa tapahtuvalle vaihtoehtojen kehittämiselle.
Julkaisun aika: 08.07.2023
