兆易創(chuàng )新車(chē)規級MCU的進(jìn)擊之路

隨著(zhù)汽車(chē)電動(dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化趨勢的日益加強，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)對芯片和電子元器件的需求正呈指數級的增長(cháng)。傳統汽車(chē)電子元器件企業(yè)對汽車(chē)應用功能創(chuàng )新的需求無(wú)法全部滿(mǎn)足，在應對眾多造車(chē)新勢力的設計與采購需求時(shí)也捉襟見(jiàn)肘，行業(yè)需要更多優(yōu)秀的芯片企業(yè)投身于汽車(chē)元器件供應鏈。特別是眾多MCU廠(chǎng)商，也看到了汽車(chē)元器件的升級機遇，紛紛入局汽車(chē)產(chǎn)業(yè)。

根據IC Insights統計，汽車(chē)MCU市場(chǎng)規模在經(jīng)歷了2018~2020年的微增長(cháng)，甚至負增長(cháng)之后，在2021年迎來(lái)了23%的爆發(fā)式上漲，銷(xiāo)售額達到76億美元，該機構預計2022和2023年仍然會(huì )保持16%的年復合增長(cháng)率。在76億美元的全球市場(chǎng)銷(xiāo)售額中超過(guò)3/4是由32位MCU貢獻的，達到了58億美元，16位MCU的收入為13億美元，8位MCU的收入為4.41億美元。未來(lái)預計32位MCU還會(huì )繼續蠶食16位和8位MCU市場(chǎng)份額。

▲ 全球汽車(chē)MCU市場(chǎng)規模統計及預測（圖源：IC Insights）

產(chǎn)業(yè)結構重塑，GD32A503系列車(chē)規MCU應運而生

正是看到了汽車(chē)供應鏈的顯著(zhù)變化，諸多半導體廠(chǎng)商開(kāi)始入局汽車(chē)市場(chǎng)，兆易創(chuàng )新就是其中之一。

兆易創(chuàng )新產(chǎn)品市場(chǎng)總監金光一先生表示：“進(jìn)擊汽車(chē)市場(chǎng)是GD32 MCU產(chǎn)品家族不斷迭代演進(jìn)的必經(jīng)之路，當前正是不可錯過(guò)的歷史機遇期。兆易創(chuàng )新除了看重這一領(lǐng)域長(cháng)期的藍海屬性外，公司已有的產(chǎn)品規劃和技術(shù)積累也為入局車(chē)規MCU市場(chǎng)做好了準備?！?/span>

眾所周知，車(chē)規MCU與通用MCU的要求和標準并不相同，需要跨越三道門(mén)檻，包括質(zhì)量管理體系認證IATF16949、可靠性標準AEC-Q100、功能安全標準ISO26262等。

為了規劃和設計出滿(mǎn)足汽車(chē)應用需求的MCU產(chǎn)品，兆易創(chuàng )新在2020年就開(kāi)始了車(chē)規MCU的布局，經(jīng)過(guò)兩年多的開(kāi)發(fā)驗證，40nm車(chē)規MCU產(chǎn)品GD32A503系列已于2022年9月正式推出。

GD32A503新品采用40nm車(chē)規工藝制程和高速嵌入式閃存eFlash技術(shù)，引入DFM可制造性設計及高測試向量覆蓋，并以出色的靜電防護及抗干擾(ESD/EFT)能力，滿(mǎn)足汽車(chē)電子嚴苛的低失效率和高可靠性要求。

GD32A503的開(kāi)發(fā)基于汽車(chē)電子通用測試規范AEC-Q100 Grade 1標準，流片封測及生產(chǎn)供應鏈管理也已通過(guò)汽車(chē)行業(yè)質(zhì)量管理體系IATF 16949:2016規范認證。零缺陷(Zero Defect)質(zhì)量管控理念貫穿研發(fā)和生產(chǎn)流程各環(huán)節，特別強調預防系統控制和過(guò)程控制，為產(chǎn)品的高品質(zhì)和高可靠性提供了保障。

GD32A503系列MCU基于100MHz Cortex?-M33內核，配備384KB Flash和48KB SRAM，另有專(zhuān)用代碼空間可配置為64KB DFlash/4KB EEPROM。存儲器支持ECC校驗，數據通信支持CRC校驗，還配備了高低電壓監測(BOR/PDR)、時(shí)鐘監測等功能安全機制，以支持系統安全穩定運行。芯片采用2.7-5.5V寬電壓供電，工作溫度范圍-40~+125℃，工作壽命15年以上。

為實(shí)現多樣化的車(chē)身控制和互聯(lián)應用，GD32A503集成了多種通信接口增強連接能力，支持多達3個(gè)USART、2個(gè)I2C、2個(gè)SPI、1個(gè)I2S，還配備了2個(gè)CAN FD和3個(gè)LIN。根據開(kāi)發(fā)應用需求，新增的MFCOM組件可以靈活配置為USART/SPI/I2C/LIN等接口，進(jìn)一步提升了方案設計的靈活性。芯片配備了1個(gè)通用16位定時(shí)器、2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)PWM高級定時(shí)器。內部12位ADC采樣速率可達1M SPS，還集成了快速比較器、DAC等高精度模擬外設以支持車(chē)用電機控制。

▲ GD32A503系列車(chē)規MCU系統框圖

與外購IP庫直接集成推出產(chǎn)品的廠(chǎng)商不同，兆易創(chuàng )新選擇了一條穩扎穩打體現實(shí)力的車(chē)規進(jìn)擊之路。

據金總介紹，公司內部組建了車(chē)規MCU專(zhuān)門(mén)研發(fā)團隊，從數字接口到模擬外設，從功能安全到品質(zhì)管理，全程自主研發(fā)并擁有自主產(chǎn)權。既提升車(chē)規產(chǎn)品的穩定性和一致性，又能夠保持與GD32其它產(chǎn)品線(xiàn)的連貫性和兼容性。

GD32A503系列車(chē)規MCU完整采用了兆易創(chuàng )新自研的IP庫設計，包含各類(lèi)高品質(zhì)高可靠的數字及模擬IP均經(jīng)過(guò)幾億顆成熟量產(chǎn)檢驗。不僅沒(méi)有外購資源的制約和局限，還可以持續積累成熟經(jīng)驗，加速自身產(chǎn)品布局與迭代更新，協(xié)助客戶(hù)提升行業(yè)競爭力。

憑借眾多優(yōu)異特性，GD32A503系列MCU可以廣泛用于多種車(chē)用場(chǎng)景，如車(chē)窗、雨刷、空調、智能車(chē)鎖、電動(dòng)座椅、電動(dòng)后備箱等車(chē)身控制系統和電機電源系統，氛圍燈、動(dòng)態(tài)尾燈等車(chē)用照明系統，以及儀表盤(pán)、車(chē)載影音、娛樂(lè )音響、中控導航、車(chē)載無(wú)線(xiàn)充等智能座艙系統。得益于出色的安全監測機制，GD32A503也適用于部分ADAS輔助駕駛系統，如環(huán)視攝像頭、AVAS聲學(xué)警報系統等場(chǎng)景。

生態(tài)資源共享，GD32A503降低汽車(chē)創(chuàng )新門(mén)檻

GD32A503系列MCU支持AUTOSAR?汽車(chē)開(kāi)放系統架構，可以提升軟件和硬件模塊的獨立性，更易于在不同設計之間靈活遷移。

全新打造的產(chǎn)品級軟件包提供了微控制器抽象層(MCAL)和內部驅動(dòng)，可直接訪(fǎng)問(wèn)MCU及外設芯片，能夠有效簡(jiǎn)化汽車(chē)軟件上層應用的開(kāi)發(fā)流程，增強代碼通用性和復用度，縮減開(kāi)發(fā)成本和周期。

據金總透露，目前兆易創(chuàng )新已經(jīng)攜手業(yè)內多家ECU方案廠(chǎng)商，打造車(chē)用電機控制、單目攝像頭預警、車(chē)身轉向流水燈等多種參考設計，為客戶(hù)提供面向汽車(chē)市場(chǎng)差異化應用的整體方案。

▲ GD32A503典型車(chē)用方案

■ 車(chē)用電機控制

其中，基于GD32A503系列MCU的車(chē)用電機控制方案，通過(guò)定時(shí)器專(zhuān)門(mén)產(chǎn)生驅動(dòng)兩相或三相電機的PWM信號，DSP指令集可以提供更高的算力和安全功能，以控制車(chē)內各種能動(dòng)的執行器，這在汽車(chē)中的直流無(wú)刷控制(BLDC)系統中有很大的優(yōu)勢?？蓱迷谥T如汽車(chē)水泵、油泵、散熱風(fēng)扇、暖通空調、混合動(dòng)力系統、座椅風(fēng)扇等多種場(chǎng)合，實(shí)現更高能效。

■ 高清前視單目攝像頭

基于GD32A503的高清前視單目攝像頭，可實(shí)現前向多類(lèi)型目標檢測，包括車(chē)輛、行人、車(chē)道線(xiàn)、道路標識等信息，適應各種場(chǎng)景、天氣和路況下的目標跟蹤、姿態(tài)估計與測距，支持毫米波雷達融合、車(chē)輛控制及通訊。GD32A503車(chē)規級MCU可以監控所有器件的上下電邏輯，監控系統的工作狀態(tài)，實(shí)現與整車(chē)智駕的通訊和協(xié)同工作。

■ 流水轉向燈

流水轉向燈在法規方面，和傳統轉向燈有比較大的區別，且轉向燈整個(gè)周期必須符合GB17509標準關(guān)于轉向燈頻率的要求。因此，在控制方式上和傳統開(kāi)關(guān)式邏輯不同，需要更復雜的時(shí)序邏輯以及亮度控制，兆易創(chuàng )新GD32A503車(chē)規級MCU在這個(gè)系統中，實(shí)現以上的時(shí)序邏輯控制，亮度控制以及保障系統整體的功能安全。

此外，GD32A503系列的優(yōu)勢還來(lái)自于現有的豐富的MCU生態(tài)系統，“GD32A503系列車(chē)規級產(chǎn)品與工業(yè)類(lèi)產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)工具、配套軟件等方面一脈相承，實(shí)現了最大程度的兼容和復用，可以有效節省開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)難度?！苯鹂傪堄信d致地介紹道。

GD32A503系列已經(jīng)支持Keil MDK/IAR EWARM/GCC等多種主流開(kāi)發(fā)環(huán)境，用戶(hù)沿用已有的GD32調試量產(chǎn)工具、技術(shù)文檔、操作系統、軟硬件平臺即可開(kāi)發(fā)車(chē)規級項目，持續發(fā)揮Arm技術(shù)優(yōu)勢并推動(dòng)在汽車(chē)電子領(lǐng)域的普及。

配套開(kāi)發(fā)板卡則包括GD32A503V-EVAL全功能評估板以及GD32A503R-START、GD32A503C-START、GD32A503K-START入門(mén)級學(xué)習套件，對應于各類(lèi)封裝和管腳，方便用戶(hù)開(kāi)發(fā)調試。

金總表示：“兆易創(chuàng )新將在現有資源的基礎上持續增加對車(chē)規級產(chǎn)品生態(tài)的投入力度，致力于發(fā)展鏈條式汽車(chē)生態(tài)伙伴，豐富從芯片定義到應用的生態(tài)鏈，持續提升包括開(kāi)發(fā)軟件、專(zhuān)用算法、工程服務(wù)、戰略整車(chē)廠(chǎng)、行業(yè)協(xié)會(huì )、標準制訂和認證等生態(tài)系統各環(huán)節的豐富度，加強車(chē)規級產(chǎn)品布局和規劃，加速提升主流市占率，并為汽車(chē)熱點(diǎn)應用打造更優(yōu)化的產(chǎn)品組合?！?/span>

多產(chǎn)品線(xiàn)布局，直指車(chē)規MCU新藍海

據金總介紹，兆易創(chuàng )新車(chē)規MCU自今年6月份就已經(jīng)開(kāi)始在客戶(hù)端送樣導入，依托現有的客戶(hù)基礎已快速進(jìn)入汽車(chē)前裝領(lǐng)域，并加快方案落地，拓展汽車(chē)生態(tài)格局，與此同時(shí)結合目前市場(chǎng)上主流應用的技術(shù)趨勢，與業(yè)界多家領(lǐng)先的Tier 1供應商和整車(chē)廠(chǎng)建立了長(cháng)期戰略合作關(guān)系。

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷著(zhù)巨大的變革并體現出極大的增長(cháng)潛力，MCU的發(fā)展已成為汽車(chē)電子智能創(chuàng )新的關(guān)鍵推動(dòng)因素。

目前國產(chǎn)汽車(chē)MCU仍處于起步階段，在車(chē)身控制和汽車(chē)周邊應用方面，國產(chǎn)MCU用量很多。但在最核心的電機驅動(dòng)和控制方面，基本還是國際大廠(chǎng)的天下。

兆易創(chuàng )新在汽車(chē)市場(chǎng)還有更加廣闊的未來(lái)產(chǎn)品布局，以整車(chē)的智能化核心需求為出發(fā)點(diǎn)，為產(chǎn)品快速迭代創(chuàng )造更好的條件。

■ 主流型

金總表示，主流型產(chǎn)品線(xiàn)將持續增強。在GD32A5系列的基礎上擴大存儲容量，進(jìn)一步擴展車(chē)身控制應用的覆蓋度，支持并提升DSP處理能力，提升電機預驅集成度。下一代產(chǎn)品系列可以滿(mǎn)足ISO26262功能安全標準ASIL-B等級，支持存儲和處理大量車(chē)輛信息和電機控制功能，適用于車(chē)載電源OBC/DC-DC、車(chē)載T-BOX、車(chē)窗控制、車(chē)輛狀態(tài)檢測、汽車(chē)安全信息、電池管理系統(BMS)等。

■ 高性能

GD32A7系列高性能產(chǎn)品線(xiàn)則符合ISO26262功能安全標準ASIL-D等級。面向剎車(chē)系統、ADAS智能輔助駕駛、電子動(dòng)力轉向系統、安全氣囊、智能網(wǎng)關(guān)等車(chē)身域、底盤(pán)域高階應用，可提供單核、多核、鎖步和混合模式的處理器內核架構和多種增強型外設功能，軟硬件架構平臺化，以支持汽車(chē)應用的高算力、高安全性和可靠性要求。

此外，兆易創(chuàng )新以車(chē)規Memory、MCU、PMU等多產(chǎn)品線(xiàn)協(xié)同布局，為行業(yè)應用提供高性?xún)r(jià)比的整體解決方案。在車(chē)規MCU方面，以GD32A503系列為起點(diǎn)，不斷迭代演進(jìn)并形成豐富的車(chē)規MCU產(chǎn)品矩陣，并始終保持GD32家族各產(chǎn)品線(xiàn)之間的連貫性及兼容性。在存儲器方面，車(chē)規級Flash產(chǎn)品已經(jīng)成熟量產(chǎn)交貨。

“未來(lái)我們也將廣泛布局覆蓋汽車(chē)市場(chǎng)，加速SBC、AFE、CAN/LIN PHY等器件集成，并完善全流程的車(chē)規質(zhì)量管理體系，以貼合汽車(chē)用戶(hù)需求的產(chǎn)品和解決方案，與合作伙伴一同提升產(chǎn)業(yè)影響力”，金總指出。

展望未來(lái)，作為中國MCU市場(chǎng)的領(lǐng)跑者，兆易創(chuàng )新將憑借多元的車(chē)規產(chǎn)品組合和廣泛的汽車(chē)生態(tài)布局作為核心驅動(dòng)力，把握時(shí)代和產(chǎn)業(yè)機遇，在汽車(chē)智能化浪潮中持續書(shū)寫(xiě)新的篇章。