ARM進(jìn)一步深入汽車(chē)電子領(lǐng)域

　　這算下來(lái)平均每輛汽車(chē)安裝了將近 15 個(gè)車(chē)身 MCU。顯而易見(jiàn)，進(jìn)軍這個(gè)規模龐大的汽車(chē)市場(chǎng)領(lǐng)域對于 ARM 非常有利，因為使用其 IP 的每個(gè)器件都要支付ARM少量版稅。

　　雖然車(chē)身應用的發(fā)展勢頭不如動(dòng)力系統和安全應用那樣強勁，但就規?？磥?lái)，仍然是非常重要的，到 2023 年，車(chē)身應用仍將在總體 MCU 數量中占據 49% 的比例，預計將使用大約 18 億個(gè) MCU。

　　表面看來(lái)與其他很多汽車(chē)應用領(lǐng)域相比，車(chē)身應用的處理性能要求通常要低得多，而且對成本高度敏感，因此從價(jià)值的角度來(lái)看，車(chē)身控制器件市場(chǎng)貌似不占支配地位。

　　但是，根據 Strategy Analytics 的計算，截至 2016 年，安裝在輕型車(chē)輛上的 MCU 的總價(jià)值達到近 18 億美元。這就再一次使得車(chē)身應用成為最大的應用領(lǐng)域，在整體汽車(chē) MCU 需求中，它的價(jià)值將占據大約 30% 的比例。到 2023 年，車(chē)身控制應用對 MCU 的需求有望超過(guò) 19 億美元(圖 3)。

車(chē)身應用的變化動(dòng)態(tài)

　　雖然車(chē)身控制應用受關(guān)注程度通常較低，但該市場(chǎng)并非一成不變，也在潛移默化地發(fā)生改變。

　　盡管整體需求呈持續增長(cháng)態(tài)勢，Strategy Analytics 仍然預測，就收入而言，車(chē)身控制應用對低端 8 位和 16 位 MCU 的需求將會(huì )增長(cháng)乏力甚至下滑。所有增長(cháng)的驅動(dòng)力都源自使用性能更強大的 32 位器件，恩智浦正是向這個(gè)市場(chǎng)發(fā)布了基于 ARM 的 S32K。

　　32 位微控制器在整體車(chē)身控制 MCU 需求中占據的比例有望從 2016 年的大約 38% 增長(cháng)到 2023 年的 45% 以上(圖 4)。隨著(zhù) S32K 的應用日益廣泛，這種趨勢有進(jìn)一步加速發(fā)展的潛能，也讓 Strategy Analytics 相信，32 位設計在車(chē)身控制應用領(lǐng)域具有上升潛力。

　　Strategy Analytics 認為，車(chē)身控制應用領(lǐng)域形成了以下幾種重要市場(chǎng)力量：

　　● 對消費者功能的需求持續增加。在新興市場(chǎng)和低端車(chē)輛上，車(chē)窗升降和 HVAC 等功能仍將呈現增加趨勢。而在更加成熟的市場(chǎng)上，越多越多的汽車(chē)將會(huì )推出電動(dòng)座椅、電動(dòng)折疊后視鏡、電動(dòng)升降和后擋板等功能。

　　- 這就意味著(zhù)車(chē)輛上需要安裝更多的物理 ECU，而用于控制這些應用的 MCU 的數量也會(huì )相應增加。雖然人們經(jīng)常談及汽車(chē)架構變革、整合和集成，但它尚未在市場(chǎng)上產(chǎn)生任何重大影響。對于構成需求主體的批量大眾市場(chǎng)汽車(chē)，Strategy Analytics 認為，汽車(chē)架構變革至少要在 2020 年之后才會(huì )開(kāi)始產(chǎn)生影響。當這一天到來(lái)時(shí)，ECU 整合的重點(diǎn)將很可能是價(jià)值更高的動(dòng)力系統、安全/自動(dòng)化和信息娛樂(lè )系統/儀表盤(pán)應用領(lǐng)域。

　　- 即便對于那些在汽車(chē)架構變革方面處于前沿地位的 OEM(例如 BMW)，相對價(jià)值較低的車(chē)身電子系統也很可能是最后實(shí)現顯著(zhù)集中化的領(lǐng)域。未來(lái)數年內，我們很可能看到眾多車(chē)身功能使用獨立模塊，而將它們遷移到經(jīng)濟高效的 32 位設計的理由越來(lái)越充分。

　　● 車(chē)身應用要求不斷提高。由于 32 位器件預計將在車(chē)身應用領(lǐng)域呈顯著(zhù)增長(cháng)，出現了對更高性能器件的新興需求。

　　- 經(jīng)過(guò)數年的相對穩定之后，汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )正在發(fā)生變化。隨著(zhù)電動(dòng)致動(dòng)器(包括 BLDC 電機)使用率增加，需要更高級別的分布式處理和智能，用于傳感、控制和診斷用途。

　　- 從短期來(lái)看，CAN-FD 的專(zhuān)業(yè)度將顯著(zhù)提高，甚至在車(chē)身應用領(lǐng)域也是如此。由于需要在汽車(chē)中傳輸的傳感器數據日益增加，帶寬和處理能力需要隨之提高，才能處理和管理這些數據。從長(cháng)期來(lái)看，以太網(wǎng)的使用將愈加廣泛，車(chē)身控制模塊和網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)需要強大的處理能力，才能管理更高的數據速率。

　　● 安全要求不斷提高。汽車(chē)行業(yè)曾經(jīng)由于忽視了網(wǎng)絡(luò )安全和黑客攻擊問(wèn)題而遭受?chē)绤柵u。這一控訴可能更多指向汽車(chē)制造商和一級供應商，因為半導體供應商多年來(lái)一直在提供硬件安全模塊，但經(jīng)常未得到充分利用。

　　- 雖然安全問(wèn)題通常集中在遠程信息處理和信息娛樂(lè )系統上，但核心車(chē)身系統(例如安保和門(mén)禁控制系統)也出現了一些漏洞。一般來(lái)說(shuō)，要提高解決方案的安全性，就需要更高的處理能力和更大的存儲容量。

　　– 分層安全架構的重要性變得愈加明顯。僅保護接入點(diǎn)安全、指望沒(méi)有人可以攻破通常是不夠的。將安全功能內置到更多模塊中有助于中止網(wǎng)絡(luò )傳播，即便某個(gè)點(diǎn)被攻破也無(wú)妨。

　　● 市場(chǎng)對功能安全設計支持的期望值更高，因為車(chē)身控制系統本身現在已經(jīng)成為汽車(chē)安全系統的一部分。

　　– OEM 越來(lái)越期望在即將發(fā)生撞車(chē)的情況下，可以基于車(chē)輛傳感器的輸入來(lái)優(yōu)化座椅位置并關(guān)閉車(chē)窗和車(chē)頂系統。這意味著(zhù)這些系統的 ASIL 等級可能需要提升，對網(wǎng)絡(luò )安全的要求也更嚴格，因為它們現在已經(jīng)成為汽車(chē)安全解決方案的一部分。

　　● 低功耗仍然至關(guān)重要，盡管性能提高是大勢所趨。對于車(chē)身系統更是如此，以門(mén)禁系統為例，它們經(jīng)常需要“喚醒”，無(wú)法輕松進(jìn)入長(cháng)期深度睡眠或斷電狀態(tài)，以便節省電能。ARM 解決方案提供的功耗/性能比通常遠優(yōu)于當今眾多供應商提供的專(zhuān)有架構。這些內核在開(kāi)發(fā)時(shí)就充分考慮了移動(dòng)應用，功耗無(wú)疑是更為重要的考量因素。

　　– 車(chē)身應用數量眾多，即便單個(gè)應用不會(huì )產(chǎn)生很大功耗，加在一起的總功耗還是相當高的。

　　– 駕駛員停車(chē)之后，安保和門(mén)禁系統等功能仍然需要保持工作狀態(tài)。這些器件必須應對一個(gè)頻繁喚醒、快速啟動(dòng)、高性能任務(wù)執行和快速關(guān)閉的周期，并在整個(gè)過(guò)程中保持最低的功耗。它們還必須具有較低的靜態(tài)模式漏電，并提供多種低功耗運行模式，以防長(cháng)時(shí)間停車(chē)的情況。

　　– TPMS 系統還可能遇到頻繁的喚醒，不僅來(lái)自車(chē)輛本身上的輪胎，還可能來(lái)自附近車(chē)輛的輪胎。在多層的停車(chē)樓中，這種現象可能非常明顯，前后左右以及樓上樓下的汽車(chē)都可能觸發(fā)喚醒。

　　● AUTOSAR架構需要基于平臺的規范。OEM 和供應商越來(lái)越希望在各個(gè)汽車(chē)系列中重復使用代碼和應用程序，從而遷移到更加抽象的軟件開(kāi)發(fā)，例如AUTOSAR架構。這通常會(huì )對主機 MCU 提出更高的要求。OEM 和一級供應商還需要不同性?xún)r(jià)比的廣泛產(chǎn)品系列，以便他們能夠適當地擴展解決方案。

　　● 需要強大的生態(tài)系統支持。借助 Kinetis 系列，恩智浦為其工業(yè)客戶(hù)提供基于 ARM 的解決方案已經(jīng)有一段時(shí)間。ARM 生態(tài)系統非常龐大，有眾多供應商提供各種必需工具包，幫助客戶(hù)及時(shí)將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

　　– 汽車(chē)領(lǐng)域現在吸引了行業(yè)之外的供應商的高度關(guān)注。有了汽車(chē)級工具包支持，微控制器產(chǎn)品更容易進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)。

　　– 與動(dòng)力系統或安全模塊相比，車(chē)身電子模塊的供應商群體更加分散，公司規模大小不一。小型公司通常要通過(guò)半導體分銷(xiāo)商獲取支持，而且高度依賴(lài)于免費提供的設計支持工具套件。

　　– 在一級供應商的產(chǎn)品選擇決策中，產(chǎn)品上市時(shí)間是一個(gè)重要考慮因素。強大的生態(tài)系統支持可能縮短設計周期時(shí)間。

影響

　　雖然基于專(zhuān)有架構的 MCU 在多個(gè)汽車(chē)系統中仍然占據了主導地位，但根據 Strategy Analytics 預測，采用基于 ARM 的 MCU 將成為一種穩定趨勢，包括在傳統和新興應用領(lǐng)域，例如高級安全和信息娛樂(lè )應用。ARM 也開(kāi)始涉足動(dòng)力系統解決方案領(lǐng)域，正如 Strategy Analytics 在其 Insight 報告“ARM 推出新型 Cortex R52 內核以滿(mǎn)足 10 億美元的動(dòng)力系統處理器市場(chǎng)需求”中所述。

　　ARM 和恩智浦的最新舉措加快了這種趨勢。在當今的中端汽車(chē)中，采用多達 50 個(gè) ECU 非常普遍，它們針對不同汽車(chē)型號和功能選項而設計，需要可擴展的 MCU 平臺，以實(shí)現硬件和軟件的快速功能擴展或優(yōu)化。車(chē)身 MCU 現在承擔的任務(wù)還包括解讀復雜的傳感器算法、管理高帶寬通信外設和實(shí)施高級安全功能，且執行所有這些任務(wù)時(shí)都要保持最低功耗。不斷發(fā)展的軟件要求(例如 AUTOSAR)和傳統解決方案的附加性能余量開(kāi)始到達它們的極限。面對這些情況，基于現成 ARM 的 MCU 成為顯而易見(jiàn)的解決方案。某些情況下，要將現有的專(zhuān)有架構提升到具有競爭力的性能水平，其所需的投資是不容小覷的，因此 Strategy Analytics 預測將有更多半導體供應商步恩智浦的后塵，開(kāi)發(fā)基于 ARM 的車(chē)身控制解決方案。

　　汽車(chē)市場(chǎng)的變革步伐過(guò)去一直比較緩慢，因此，恩智浦的 S08、S12(X) 和 32 位 Power Architecture MCU 將在未來(lái)多年內保持量產(chǎn)。但是，隨著(zhù)市場(chǎng)從機動(dòng)車(chē)輛向移動(dòng)平臺遷移，汽車(chē)制造商現在競相順應系統飛速發(fā)展進(jìn)行變革。即便是相對靜態(tài)的車(chē)身應用，例如泵、車(chē)門(mén)、座椅、空調控制和車(chē)燈，也在進(jìn)行重新設計，以便將安全性、效率和消費者體驗提升到全新層次。新型 S32K1 MCU 系列率先投入設計，其價(jià)位在 2 美元至 5 美元之間(*小批量建議零售價(jià))，非常適合滿(mǎn)足這種演進(jìn)需求。低端產(chǎn)品方面輔以恩智浦的 KEA MCU 系列，該系列基于 ARM Cotex-M0+，當前正在量產(chǎn)中。KEA 系列成員提供 8 至 128KB 的閃存，是恩智浦基于A(yíng)RM Cortex技術(shù)的通用 MCU 汽車(chē)產(chǎn)品組合的入門(mén)級型號。隨著(zhù)車(chē)身系統要求的提高，基于 ARM 的解決方案對于車(chē)身領(lǐng)域中越來(lái)越多的應用將具有更大吸引力。

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第6期第3頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。