下一代汽車微控製器:意法半導體技術解析
發布時間:2024-11-14 責任編輯:lina
【導讀】意法半導體(ST)深耕汽車市場已有30餘年的曆史,其chanpinhejiejuefanganfugaiputongcheliangdedaduoshuyingyongxitong。suizheshichangdefazhan,yifabandaotidechanpinyezaibuduanshengjigaijin,qizhongdezhongyaochanpinqicheweikongzhiqi(MCU)也不例外。
意法半導體(ST)深耕汽車市場已有30餘(yu)年(nian)的(de)曆(li)史(shi),其(qi)產(chan)品(pin)和(he)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)覆(fu)蓋(gai)普(pu)通(tong)車(che)輛(liang)的(de)大(da)多(duo)數(shu)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)。隨(sui)著(zhe)市(shi)場(chang)的(de)發(fa)展(zhan),意(yi)法(fa)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)產(chan)品(pin)也(ye)在(zai)不(bu)斷(duan)升(sheng)級(ji)改(gai)進(jin),其(qi)中(zhong)的(de)重(zhong)要(yao)產(chan)品(pin)汽(qi)車(che)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)(MCU)也不例外。
ST率先推出了嵌入式非易失性存儲器(eNVM),並通過ST10引領市場,隨後推出了基於PowerPC架構的SPC5係列汽車微控製器,在汽車領域出貨量超過十億個MCU。來自STM8係列的高性價比汽車控製器補充了這一產品線。

ST的Stellar產品家族
Stellar產品家族是意法半導體目前最新一代基於Arm的汽車微控製器,是意法半導首個高低端產品全覆蓋的汽車MCUchanpinzuhe。zhexiexianjindeweikongzhiqijiangdilekaifafuzaxing,quebaoyingyongdeanquanxinghekekaoxing,rangxiayidaicheliangjiagouhegongnengjuyougengjiadexingnenghenengxiao。kehukeyishouyiyugengduandekaifashijian,bingzhuanzhuyuweitamenderuanjiandingyiqiche(SDV)帶來創新和差異化,以應對激烈的市場競爭。因此,Stellar產品在亞洲和歐洲客戶中的關注度不斷提升。
Stellar是業內在eFlash之後推出的首個嵌入式非易失性存儲器技術,是市場上目前最成熟、最小的汽車級存儲單元解決方案的代表。Stellar產品家族適合汽車電動化應用,包括X-in-1高集成度車輛電機控製計算機、新型車輛架構,以及用於ADAS、區域控製和車身集成等安全關鍵子係統的安全MCU。
tatongguojiangduozhonggongnenganquandijichengdaodanyishebeizhong,bingyunxuzaicheliangzhongchixujichengxingongneng,quanmianzhichiqichezhuanxing。zheyiqielibukaiguanjianjishu,baokuozhengquexuanzechuliqihexinjishu、虛擬化、以太網支持以及嵌入在汽車MCU中的突破性內存技術。對於麵臨應用存儲器大小挑戰的客戶來說,該技術是一個顛覆性的改變。
Stellar MCU搭載Arm® Cortex®-R52+處chu理li器qi技ji術shu。這zhe款kuan高gao性xing能neng處chu理li器qi支zhi持chi實shi時shi虛xu擬ni化hua,適shi用yong於yu實shi時shi控kong製zhi的de安an全quan係xi統tong,能neng夠gou在zai互hu不bu幹gan擾rao的de情qing況kuang下xia同tong時shi運yun行xing多duo個ge應ying用yong。該gai微wei控kong製zhi器qi具ju有you完wan全quan可ke編bian程cheng的de輔fu助zhu核he心xin,可ke以yi加jia快kuai執zhi行xing特te定ding的de功gong能neng,例li如ru,路lu由you、低功耗管理和數字濾波,同時減輕主核心的計算量。
“隨著駕駛體驗在AI和軟件定義汽車時代的不斷演變,提升汽車功能性安全、靈活性和實時性能至關重要,”Arm汽車業務線高級副總裁兼總經理Dipti Vachani表示,“基於Arm構建的Stellar微控製器係列利用Arm計算平台的先進安全性和實時功能,以及廣泛的Arm軟件生態係統,讓汽車製造商能夠在遵守嚴格安全法規的同時,實現創新功能,在汽車領域保持領先地位。”
Stellar微控製器讓汽車廠商能夠在車輛上引入以太網功能,是意法半導體首個嵌入以太網交換機的MCU。yitaiwangjishukeyitigaoshujujiaohuandenengxiaohelinghuoxing,zhichiqianzhaotuntuliangxuqiu,bingtigonggenggaoshuipingdeanquanxing。tongguozhichigezhongchezaitongxintuopujiegou,liru,yitaiwanghuan,zhekuanqicheweikongzhiqishixianlejiangzhengchebuxiandianlanchangduhezhizaochengbenjiangdiyibandechengnuo。
相變存儲器將重新定義車輛軟件的可能性
Stellar微控製器利用嵌入式相變存儲器(PCM)技術及其靈活性,徹底改變了軟件更新無線下載(OTA)體驗。在汽車行業中,OTA對dui於yu在zai不bu拆chai卸xie硬ying件jian的de情qing況kuang下xia添tian加jia新xin功gong能neng和he安an全quan補bu丁ding至zhi關guan重zhong要yao。然ran而er,這zhe種zhong靈ling活huo性xing通tong常chang需xu要yao仔zai細xi考kao慮lv未wei來lai的de存cun儲chu容rong量liang需xu求qiu,因yin為wei無wu線xian更geng新xin可ke能neng導dao致zhi成cheng本ben增zeng加jia和he產chan品pin規gui劃hua複fu雜za化hua。
意法半導體創新的PCM不是普通的存儲器。它不僅是業內目前最小的汽車MCU存儲單元,還是汽車領域首個開創性的技術突破,重新定義了車輛軟件可以實現哪些功能。意法半導體的PCMchuangxinjishujiangcunchuqichulishujudenenglitigaoleyigedangci,zhebujinguanhucunchuqideduxiexingneng,tagengshiyizhongjuyouqianzhanxingdejiejuefangan,weiqichelingyudailaileshiyingnenglihechijiujiazhi,rangzhongduankaifazhenenggoubuduangaijinheshengjiqichegongneng。
隨著車輛越來越具有軟件定義功能,引入新功能和改進功能的能力變得至關重要。PCM的突破性技術支持向更具適應性、麵向未來的汽車轉型,隨著汽車功能不斷改進,PCM為汽車廠商帶來新的方式來優化體驗。
此外,PCM還提供了不間斷OTA更新的支持能力。PCM可以安全存儲軟件更新,不會影響車輛當前操作。得益於並行讀寫能力,新軟件的下載不會幹擾當前在MCU上運行的應用代碼,從而確保更新過程繼續使用汽車。
Stellar P係列用於集成多種功能,而Stellar G係列則用於實現軟件定義汽車(SDV)的區域控製器,這兩個係列都利用了意法半導體內部開發的eNVM存儲器和28nm FD-SOI技術,可以在較低的功耗時實現更高的頻率,具有更強的耐輻射性。Stellar是首個獲得功能安全認證的28nm產品,將在年底前投入生產。
Stellar產品家族還支持日益增強的X-in-1高集成度趨勢,推進汽車從油車到電動車的決定性轉變,促進更經濟實惠的電動汽車發展。X-in-1動力總成解決方案將多個組件集成到一個單一ECU中,使製造商能夠創造高能效、緊湊、高性價比的汽車。
Stellar提供可擴展的X-in-1高集成度解決方案,從低集成到高集成度ECU,該微控製器可以集成越來越多的ECU。該解決方案通過提供強化的核心、模擬組件和I/O端口,支持日益複雜的X-in-1係統開發。
欣旺達創始人王明旺表示:“作(zuo)為(wei)全(quan)球(qiu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)龍(long)頭(tou)企(qi)業(ye),欣(xin)旺(wang)達(da)為(wei)全(quan)球(qiu)汽(qi)車(che)供(gong)應(ying)商(shang)提(ti)供(gong)穩(wen)定(ding)可(ke)靠(kao)的(de)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。我(wo)們(men)與(yu)意(yi)法(fa)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)新(xin)合(he)作(zuo)專(zhuan)注(zhu)於(yu)利(li)用(yong)ST的先進Stellar微控製器和專有生產工藝開發解決方案,主要包括電池管理係統以及VDC/區域和車身控製功能。我們共同的目標是提供智能解決方案,改進中國及全球的下一代新能源汽車。”
Stellar MCU的基礎組件:
1. Arm® Cortex®-R52+技術:能夠在互不幹擾的情況下同時實時運行多個應用程序。
2. FD-SOI技術:在較低的功耗下實現更高的頻率,並增強抗輻射性。
3. 新的,強大的無線下載方法和真正的EEPROM功能。
4. 一係列與以太網相關的知識產權(MAC、MACSec、交換機),能夠支持高容量數據傳輸,可實現不同的車載通信拓撲,降低車輛製造成本。
5. 完全可編程的輔助核心:加速特定功能,例如,路由、低功耗管理和數字濾波,同時減輕主核心的運算量。
STM32微控製器將進入汽車市場
作為汽車微控製器(MCU)戰略部署擴大版的一部分,意法半導體將把通用STM32微控製器平台引入汽車行業。STM32平台因成本優勢、簡便性和可靠性而廣受認可。在增加汽車級質量和安全性後,STM32A將達到ASIL B標biao準zhun。從cong非fei常chang簡jian單dan的de功gong能neng到dao更geng複fu雜za的de單dan一yi任ren務wu,該gai平ping台tai可ke以yi處chu理li各ge種zhong邊bian緣yuan執zhi行xing器qi應ying用yong,而er且qie成cheng本ben實shi現xian了le優you化hua,特te別bie適shi合he車che輛liang係xi統tong中zhong的de電dian機ji控kong製zhi應ying用yong,包bao括kuo車che窗chuang、後視鏡和天窗等。
工業與汽車最佳結合:邁向融合的未來
suizheshijiandetuiyi,gongyeruanyingjianpingtaiheqicheruanyingjianpingtaideronghejiangjieheliangzhedeyoushi。qichexingyedailaileqiangdadeanquanzhuanyezhishi,ergongyelingyuzejianlizaiqiangdadewulianwangherengongzhinengjiejuefanganzhishang。weilaironghejianggongxiangyingjianjishu、核(he)心(xin)以(yi)及(ji)一(yi)個(ge)共(gong)同(tong)的(de)工(gong)具(ju)和(he)軟(ruan)件(jian)支(zhi)持(chi)生(sheng)態(tai)係(xi)統(tong)。這(zhe)種(zhong)融(rong)合(he)將(jiang)使(shi)客(ke)戶(hu)能(neng)夠(gou)在(zai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)之(zhi)間(jian)無(wu)縫(feng)過(guo)渡(du),提(ti)供(gong)簡(jian)化(hua)和(he)完(wan)全(quan)的(de)可(ke)擴(kuo)展(zhan)性(xing),從(cong)而(er)更(geng)快(kuai)地(di)進(jin)行(xing)創(chuang)新(xin)。
邊緣AI技術是ST看到的一個現有工業技術應用到未來汽車行業的例子。神經加速器開發工具讓開發人員能夠在其應用中輕鬆實現AI,不受他們的數據學專業知識水平的限製,將來,神經加速器技術及其相關工具將改進汽車係統。安全性是ST看到的另一個工業與汽車技術融合帶來顯著好處的應用領域。在過去約10年中,意法半導體投資開發微控製器、智能傳感器和AI軟件工具,以滿足客戶的需求並利用好邊緣AI的優勢。
在汽車行業,盡管人工智能應用,除自動駕駛外,仍處於起步階段,但是,有望優化係統、tishengnengyuanxiaolvhejiejuewentideyingyongzhengchengweixinxingqushi。liru,xunichuanganqikeyiceliangzhuanziwendu,yucexingweihukeyiquebaocheliangdekekaoxing。suizhecheliangzhongchuanganqishuliangdexianzhuzengjia,baruciduodechuanganqixunihua,jinyibutishengqichexingneng,AI將在其中發揮關鍵作用。安全性是ST看到另一個工業與汽車融合帶來顯著好處的領域。
未來汽車微控製器將基於目前最先進和高能效的18nm工藝技術。ST的先進的汽車MCU技術組合涵蓋從40nm到28nm再到18nm的技術,旨在優化產品性能和成本。
IDM模式為客戶帶來的好處
作為一家半導體垂直整合製造商(IDM),意法半導體開發半導體基礎工藝技術和核心知識產權(IP),然後利用這些半導體技術和知識產權設計芯片,並在自營工廠內或委托合作夥伴製造、測試和封裝芯片。這種IDM模式為客戶帶來了多項優勢:
■ 為滿足客戶在各個市場中的應用需求而設計和優化的流程。
■ ST自主開發的針對特定功能和係統優化的IP模塊。
■ ST的工藝、產品和運營團隊能夠緊密合作,優化製造工藝,改進關鍵性能和良率。
■ 產能的控製能力,建立靈活、可靠的供應鏈。
這個模式對汽車客戶尤其重要。
在Stellar微控製器上整合FD-SOI與相變存儲器(PCM)技ji術shu,是shi證zheng明ming垂chui直zhi整zheng合he模mo式shi給gei客ke戶hu帶dai來lai的de好hao處chu的de一yi個ge範fan例li。意yi法fa半ban導dao體ti是shi這zhe兩liang項xiang技ji術shu的de關guan鍵jian開kai發fa者zhe之zhi一yi,與yu合he作zuo夥huo伴ban一yi起qi將jiang其qi推tui向xiang市shi場chang。意yi法fa半ban導dao體ti掌zhang握wo這zhe兩liang項xiang技ji術shu,並bing根gen據ju汽qi車che應ying用yong需xu求qiu優you化hua技ji術shu,這zhe一yi技ji術shu實shi力li和he定ding製zhi能neng力li造zao就jiu了le具ju有you獨du特te優you勢shi的de產chan品pin。意yi法fa半ban導dao體ti的dePCM技術創造了業內目前最小的物理存儲單元,存儲密度是其他產品的兩倍。
得益於這種存儲技術的高能效、高可靠性和抗輻射性,采用FD-SOI和嵌入式PCM設計的集成電路能夠滿足汽車應用目前最嚴格的要求。意法半導體的PCM技術滿足AEC-Q100零級汽車標準要求,工作溫度高達+165°C。該專利技術支持高溫數據保存,包括在焊接回流過程中保存數據,因此,固件可以在焊接前下載到芯片。
生態係統在轉型中發揮關鍵作用
這一市場先進的技術配有一個巨大的合作夥伴生態係統,從開發工具到具體的安全、保障和數據交換傳輸軟件庫,進一步增強了ST的產品組合的實力。這也將簡化設計,幫助客戶向軟件定義汽車的轉型。
Green Hills Software創始人兼首席執行Dan O’Dowd表示: “意法半導體與Green Hills Software緊密合作,為汽車原始設備製造商(OEM)和一級供應商(T1)提供創新的軟硬件一體化解決方案,以應對在開發下一代車輛區域架構中麵臨的越來越多的挑戰。Green Hills的實時操作係統(RTOS)經過生產驗證和安全認證,該係統和開發工具配合Stellar SR6獨有的通信IP,可以提供先進的有容錯功能的區域網絡,能夠顯著降低每輛車的成本,同時縮短上市時間。”
Vector嵌入式軟件和係統產品線總監Jochen Rein表示: “我們的MICROSAR Classic嵌入式軟件為客戶提供安全可靠的基本的 ECU(電子控製單元)軟件。得益於與意法半導體多年的緊密合作,新推出的Stellar MCU已經支持我們的軟件。通過將Stellar的先進硬件與Vector的強大軟件集成,客戶能夠獲得目前最高水平的安全性和可靠性,既適用於ADAS(高級駕駛輔助係統)應用,也能成功處理向軟件定義汽車的轉型。”
普華基礎軟件副總裁Luo Tong表示:“普華基礎軟件是中國先進的汽車操作係統開發商,也是AUTOSAR在中國基礎軟件領域的優質合作夥伴。自2016年與意法半導體合作以來,普華基礎軟件已成為意法半導體在中國的MCAL代理。這個代理服務包括多個微控製器,例如,SPC58/SPC56/STM8A,雙方還將圍繞新推出的Stellar產品家族進行更深入的戰略合作,未來,Stellar將支持EasyXMen開源操作係統。”
東軟睿馳NeuSAR CP產品中心主任王繼鵬表示:“東軟睿馳的軟件平台NeuSAR率先在國內量產 ‘AUTOSAR+中間件’全棧軟件,廣泛應用於下一代ADAS(高級駕駛輔助係統)、底盤、電源和車身控製係統。東軟睿馳提供基於SPC5和Stellar E係列汽車微控製器的整體解決方案,包括應用程序/基本軟件、引導加載程序、刷新和仿真,未來將支持新一代Stellar P和G係列。雙方將共同努力,創造更高水平的汽車級軟硬件整體解決方案,幫助原始設備製造商(OEM)和一級供應商(Tier 1)提供高能效、個性化和差異化的功能,加速軟件定義汽車(SDV)的創新。”
結束語
通過在不同的產品維度之間構建共同的基礎,專注打造穩健的汽車級質量,意法半導體為一個廣闊的市場提供一個廣而深的產品組合,“廣度”是指涵蓋從128KB到64MB的存儲器,從單核到多核處理器及虛擬化,“深度”是指每個係列都是為特定功能專門優化設計:Stellar P和G係列專注於高集成度應用,而STM32A將是高性價比應用的理想選擇,瞄準那些看重能效和簡單的單核應用。
意(yi)法(fa)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)汽(qi)車(che)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)開(kai)發(fa)戰(zhan)略(lve)布(bu)局(ju)擴(kuo)展(zhan)版(ban)專(zhuan)注(zhu)於(yu)幫(bang)助(zhu)客(ke)戶(hu)降(jiang)低(di)設(she)計(ji)複(fu)雜(za)性(xing),提(ti)高(gao)能(neng)效(xiao),同(tong)時(shi)確(que)保(bao)下(xia)一(yi)代(dai)汽(qi)車(che)達(da)到(dao)更(geng)高(gao)的(de)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun),涵(han)蓋(gai)汽(qi)車(che)電(dian)動(dong)化(hua)、個性化、自動化和通信連接。
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