隨著汽車向更節(jié)能、更舒適、更安全、更智能的方向發(fā)展，車用MCU也迎來了更廣闊的發(fā)展空間，8位、16位MCU將集成更多的功能，并將擔綱汽車MCU應用主流角色，而32位MCU也會在汽車導航、音響、動力控制方面找到用武之地，汽車MCU在性能、穩(wěn)定性上都有提高，并將把更大的靈活性帶給設計開發(fā)人員。
無庸置疑，在經(jīng)歷了DVD、手機熱潮之后，汽車電子熱潮正撲面而來，隨著汽車向高檔化、舒適化邁進，專家預測：未來5年內(nèi)汽車電子裝置成本將占到汽車整車成本的50%左右，而目前，中檔車的這個比例只是20%左右。汽車已由單一的機械產(chǎn)品發(fā)展成高級的機電一體化產(chǎn)品，在這個變革中，MCU無疑充當了急先鋒的角色。
MCU在汽車應用的領域不斷
自上世紀70年代中期，汽車發(fā)動機系統(tǒng)率先采用MCU以后，MCU在汽車電子的應用領域不斷拓展，至今，MCU在汽車電子的主要應用涵蓋五大領域，
分別是：
汽車動力系統(tǒng)控制，主要應用為發(fā)動機控制、動力轉(zhuǎn)向等；
車身控制系統(tǒng)，主要有防盜裝置、開關控制、電動車窗控制、車門控制、前照燈控制、低速LAN、 x-by-wire(線控概念)等；
安全控制系統(tǒng)，主要有安全氣囊、ABS/穩(wěn)定性和SAFF-by-wire(線控安全)等；
行駛系統(tǒng)控制，主要有儀表板、空調(diào)控制、底盤控制等；
汽車信息系統(tǒng)，主要 娛樂、服務、移動通信、信息處理和GPS導航系統(tǒng)等。
這些應用拓展促使MCU在性能上不斷提升。同時也使汽車內(nèi)MCU的用量從最初的20顆上升到現(xiàn)在的近百顆，最新的寶馬汽車(S級)的MCU用量已經(jīng)達到100顆以上。(圖1)在具體應用上，8位MCU主要用于儀表控制、車窗控制、前后照鏡控制等，隨著控制精度需求的提升，目前，16位MCU正取代8位MCU成為增長車用MCU中最快的器件，32位MCU則主要用于發(fā)動機控制、汽車導航、音響、汽車智能應用等。在中國，車用MCU的出貨數(shù)量將保持2位數(shù)增長勢頭。
圖1：Isuppli提供的車用MCU中國銷售額預測。
汽車應用促使MCU在結(jié)構、工藝、性能上突破
中科院電工研究所的唐曉泉博士認為：“車用MCU不同于一般消費用MCU的最大區(qū)別是需要在極苛刻的環(huán)境下運行，例如可能要工作在-40度到+120度的環(huán)境中，這就要求車用MCU要有很高的可靠性和穩(wěn)定性。”
為滿足車用MCU的性能需求，各供應商正在從結(jié)構、工藝、封裝上改進MCU。Microchip汽車電子事業(yè)部副總裁Dan Termer表示：“Microchip利用CMOS工藝技術開發(fā)車用MCU產(chǎn)品以獲得高可靠性和穩(wěn)定性�！�
賽普拉斯汽車業(yè)務部行銷經(jīng)理Steve Gerber表示：“賽普拉斯的PsoC微控制器基于一種獨特的Flash工藝，這種叫做亞硝酸硅半導體(SONOS)的工藝技術相比目前的flash工藝可以提供更好的可靠性和更低的成本。低成本源于SONOS是基于標準的CMOS工藝，它僅要求新增3個層就可創(chuàng)造出非易失性單元(NV cell)，可靠性源于SONOS“電容”可以在氮化物存儲層存儲電荷使存儲單元容錯性提高以應對氧化柵極失效�！�
Freescale(飛思卡爾)表示他們也采用了新的閃存制造技術，來提高MCU中的閃存容量。
富士通MCU產(chǎn)品線總經(jīng)理Andy Chang表示：“可以通過幾種方法使車用MCU達到高可靠性和高性能，首先，可以通過先進的生產(chǎn)控制管理使MCU的性能參數(shù)偏差達到最小，其次，我們的CAN MCU自98年就投入使用，通過實際應用可以不斷改善其性能缺陷。最后，MCU中的嵌入式閃存采用了和AMD/富士通閃存一樣的技術，這項最具可靠性的技術可以確保車用MCU符合需求�！�
汽車用MCU的技術特點和未來發(fā)展趨勢
1. 閃存MCU成主流
在車用MCU領域，目前內(nèi)置閃存的MCU已經(jīng)成為主流，其最大的優(yōu)勢是靈活性，它可以讓汽車制造廠在車間的最后一分鐘才配置車輛的特性集和控制算法。另外，相對片外閃存來說，汽車電子制造商不會有交貨和價格方面的困擾，同時由于片上閃存沒有高速總線，所以對車內(nèi)設備不會產(chǎn)生輻射干擾。
Microchip的Dan Termer表示：“汽車電子供應商努力維持其競爭力并積極對市場需求和變化作出響應，閃存MCU可以可以讓開發(fā)人員快速響應用戶的需求，另外，閃存MCU也更具成本效益。目前，閃存MCU已快成為‘標準’了�！� 富士通的Andy Chang也表示：“由于有可重寫能力，我們所有的支持CAN總線的MCU都使用了閃存技術，我們最新采用的閃存技術是雙運行閃存(dual-operation flash)它可以允許程序的執(zhí)行和擦/寫同步進行�！彼麖娬{(diào)：“未來閃存的容量和功耗會因要支持LIN、FlexRay這樣的新功能而增加。”目前，一般的MCU內(nèi)建的閃存多是128K字節(jié)。
瑞薩科技表示：“閃存MCU的最大優(yōu)勢體現(xiàn)在現(xiàn)場維護方面，我們的SH7058F內(nèi)建了1MB的閃存�！�2002年，瑞薩科技的閃存MCU份額排名全球第一，NEC、飛思卡爾緊隨其后。
給MCU內(nèi)建閃存主要是提高其應用靈活性，除嵌入閃存外，一些公司也在采取其他的措施，Dan Termer表示：“Microchip把先進的模擬功能集成進MCU可以幫助開發(fā)人員減少系統(tǒng)模塊的元件數(shù)量�！� 賽普拉斯的Steve Gerber表示：“PsoC除提供閃存外，還可提供混合信號可編程能力， PsoC的可配置模擬模塊可以讓消費者集成ADC、DAC、放大器、比較器和濾波器以及一些數(shù)字模塊如定時記數(shù)器、PWM等，這樣，單個PsoC器件就可以支持一系列汽車電子應用，如傳感器、車身控制、座椅控制、儀表控制、LIN通信等�！笨梢娢磥碥囉肕CU將集成更多功能以提高設計靈活性。
2. 支持CAN、LIN總線標準及其他標準
雖然CAN、LIN總線標準還未被正式確定為汽車電子標準，但許多車用MCU已經(jīng)能夠支持他們。Microchip的Dan Termer表示：“Microchip的PIC8位閃存MCU都可以支持CAN和LIN總線協(xié)議，這兩個總線屬于關鍵汽車架構單元，它們已被廣泛承認并受到主要MCU供應商的支持�！蹦壳埃囯娮覯CU供應商中，飛思卡爾、飛利浦、NEC、瑞薩科技、東芝、西門子等的產(chǎn)品都提供對CAN、LIN總線的支持。富士通的Andy Chang也表示：“富士通的16位MCU嵌入了CAN V2.0B IP核。”
3. 32位MCU增長迅速，但8位/16 MCU位應用仍是主流
主要MCU供應商包括Freescale、富士通、瑞薩科技、英飛凌、Microchip、東芝、NEC、Cypress和AMIS等。
圖2：從車身到發(fā)動機各個汽車電子子系統(tǒng)中MCU的應用
在消費電子領域，32位MCU增長勢頭迅猛，在汽車電子領域，它的應用如何呢？富士通的Andy Chang指出：“32位MCU多用于高檔轎車，主要用于汽車多媒體方面，由于CAN總線是控制總線，所以16位MCU足以勝任�！彼麖娬{(diào)汽車MCU的應用視功能而定，他認為8位/16位MCU是汽車電子領域的主流產(chǎn)品。賽普拉斯的Steve Gerber也表示：“雖然32位MCU在消費電子領域的應用勢如破竹，但由于今天的汽車系統(tǒng)是分布式架構，所以32位的應用勢頭并不會象消費電子領域那樣火暴，另外，汽車電子領域是成本意識很強的市場，雖然4位MCU在淡出，但8位/16位MCU會因其獨特的成本優(yōu)勢占據(jù)車身控制和傳感器應用領域�！�
雖然32位MCU還不能成為主流，但它的應用不斷擴展是不爭的事實。瑞薩科技表示：“高性能32位MCU目前主要用于引擎控制和汽車信息系統(tǒng)，但未來安全氣囊、ACC、ABS、EPS、SAFE-by-Wire等都會應用32位MCU�！� Microchip的Dan Termer也表示：“32位MCU的應用在拓展，從銷售額來看，32位MCU較多份額，但在數(shù)量上32位MCU只占8位/16位/32位MCU總量的1/4還不到。32位MCU會成為汽車動力系統(tǒng)、安全控制、信息導航系統(tǒng)的主角�！�
目前瑞薩科技的車用MCU在發(fā)動機、變速箱全球市場占有率高達17%。瑞薩科技表示：“在發(fā)動機控制方面，未來的技術難題是型號控制、無凸輪、可變氣門控制等，相應地對MCU提出的要求是增大閃存容量、提高時鐘頻率和強化處理能力�！比鹚_計劃開發(fā)的下一代微處理器的頻率將達到160-200MHz，閃存容量更達到2MB。飛思卡爾32位MCU在全球汽車電子市場的占有率是第一，它的32位MCU采用了兩種不同內(nèi)核的發(fā)展策略，一種基于Power PC內(nèi)核，主要用于引擎管理、信息系統(tǒng)、遠程通信和高端底盤控制等；另一類采用ARM7和ARM9內(nèi)核，主要用于網(wǎng)關、安全氣囊、車身電子和ABS等。
4. 應用需求向高端邁進，刺激MCU功能復雜化
隨著汽車向更節(jié)能、更安全、更舒適方向發(fā)展，對汽車用MCU的需求層次和數(shù)量不斷提升，例如，90年代中期，汽車所需得安全氣囊數(shù)量僅2個，到2002年增長到4個，預計到2006年以后，安全氣囊的數(shù)量會增長到12個以上！這其中除了對車內(nèi)人員的保護以外，安全氣囊的保護范圍延伸到對行人的保護，顯然這些需求會提高MCU的應用數(shù)量。再如，汽車導航系統(tǒng)從初期的簡單繪圖到第2代的2D繪圖再到第3代的3D繪圖給MCU提出性能的新需求，瑞薩科技表示：“未來的導航中樞芯片會是集成有2D/3D繪圖功能、USB、GPS、串行口和DDR等控制器的多功能合一芯片。將帶給乘客身臨其境感的繪圖。”瑞薩表示未來的這款芯片的時鐘將達到400MHz左右。圖2所示為從車身到發(fā)動機各個汽車電子子系統(tǒng)中MCU的應用。
在東芝公司的產(chǎn)品規(guī)劃上，其第3代的MCU產(chǎn)品將集成有模擬IP以及網(wǎng)絡協(xié)議IP，并可能是MCU+DSP的架構以完成3相AC馬達的矢量控制等復雜控制功能。
中國汽車電子公司的機遇與挑戰(zhàn)
中國汽車電子公司目前處于起步階段，其主要的切入領域為汽車音響和汽車安防領域，電子工程專輯網(wǎng)站的網(wǎng)上調(diào)查顯示，有68.4%的汽車電子解決方案涵蓋這兩個領域。另外，由于國內(nèi)的汽車電子廠商規(guī)模偏小，因此他們在和汽車大廠合作方面難度較大，唐曉泉指出：“汽車不同于一般的電子消費品，一般汽車的壽命可以達到10年以上，這就要求汽車電子解決方案供應商可以提供較長期的技術支持，在此方面，規(guī)模較大的汽車制造廠對小型汽車電子供應商有所顧慮�！币患抑械纫�(guī)模的汽車電子供應商也表示：“目前只能和國內(nèi)一些民營汽車制造企業(yè)展開合作，較難切進汽車大廠�！�
針對這種情況，選擇有技術實力、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的元器件供應商開發(fā)汽車電子解決方案無疑是有利于打開市場的。目前，汽車MCU供應商都很看重中國市場，他們也愿意與中國汽車電子公司合作，瑞薩科技就表示：“瑞薩科技有豐富的產(chǎn)品線，而且在日本汽車電子領域有豐富的經(jīng)驗，我們愿意為中國客戶提供最佳的解決方案�！� Microchip的Dan Termer也表示：“Microchip會提供多種開發(fā)工具、資料并給予現(xiàn)場支持，為汽車電子供應商營造一個低風險的開發(fā)環(huán)境。” Andy Chang也表示：“富士通會為應用提供軟硬件解決方案，我們更關注車身控制、x-by-wire和汽車黑盒子等方面。”
