一文读懂汽车芯片--控制芯片（车身+座舱）及车规AEC-Q100认证

falab 2023年7月26日浏览：1277

1. 车身域控制芯片

车身域主要负责车身各种功能的控制。随着整车发展，车身域控制器也越来越多，为了降低控制器成本，降低整车重量，集成化需要把所有的功能器件，从车头的部分、车中间的部分和车尾部的部分如后刹车灯、后位置灯、尾门锁、甚至双撑杆统一集成到一个总的控制器里面。
车身域控制器一般集成BCM、PEPS、TPMS、Gateway等功能，也可拓展增加座椅调节、后视镜控制、空调控制等功能，综合统一管理各执行器，合理有效地分配系统资源。车身域控制器的功能众多，如下图所示，但不限于在此列举的功能。

车身域控制器功能表

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（1）工作要求
汽车电子对MCU控制芯片的主要诉求为更好的稳定性、可靠性、安全性、实时性等技术特性要求，以及更高的计算性能和存储容量，更低的功耗指标要求。车身域控制器从分散化的功能部署，逐渐过渡到集成所有车身电子的基础驱动、钥匙功能、车灯、车门、车窗等的大控制器，车身域控制系统设计综合了灯光、雨刮洗涤、中控门锁、车窗等控制，PEPS智能钥匙、电源管理等，以及网关CAN、可扩展CANFD和FLEXRAY、LIN网络、以太网等接口和模块等多方面的开发设计技术。
在总体上讲，车身域上述各种控制功能对MCU主控芯片的工作要求主要体现在运算处理性能、功能集成度和通信接口，以及可靠性等方面。具体要求方面由于车身域不同功能应用场景的功能差异性较大，例如电动车窗、自动座椅、电动尾门等车身应用还存在高效电机控制方面的需求，这类车身应用要求MCU集成有FOC电控算法等功能。此外，车身域不同应用场景对芯片的接口配置需求也不尽相同。因此，通常需要根据具体应用场景的功能和性能要求，并在此基础上综合衡量产品性价比、供货能力与技术服务等因素进行车身域MCU选型。
（2）性能要求
车身域控制类MCU芯片主要参考指标如下：

· 性能：ARM Cortex-M4F @144MHz，180DMIPS，内置8KB指令Cache缓存，支持Flash加速单元执行程序0等待。

· 大容量加密存储器：高达512K Bytes eFlash，支持加密存储、分区管理及数据保护，支持ECC校验，10万次擦写次数，10年数据保持；144K Bytes SRAM，支持硬件奇偶校验。

· 集成丰富的通信接口：支持多路GPIO、USART、UART、SPI、QSPI、I2C、SDIO、USB2.0、CAN 2.0B、EMAC、DVP等接口。

· 集成高性能模拟器件：支持12bit 5Msps高速ADC、轨到轨独立运算放大器、高速模拟比较器、12bit 1Msps DAC；支持外部输入独立参考电压源，多通道电容式触摸按键；高速DMA控制器。

· 支持内部RC或外部晶体时钟输入、高可靠性复位。

· 内置可校准的RTC实时时钟，支持闰年万年历，闹钟事件，周期性唤醒。

· 支持高精度定时计数器。

· 硬件级安全特性：密码算法硬件加速引擎，支持AES、DES、TDES、SHA1/224/256，SM1、SM3、SM4、SM7、MD5算法；Flash存储加密，多用户分区管理（MMU），TRNG真随机数发生器，CRC16/32运算；支持写保护（WRP），多种读保护（RDP）等级（L0/L1/L2）；支持安全启动，程序加密下载，安全更新。

· 支持时钟失效监测，防拆监测。

· 具有96位UID及128位UCID。

· 高可靠工作环境：1.8V～3.6V/-40℃～105℃。

（3）产业格局
车身域电子系统不论是对国外企业还是国内企业都处于成长初期。国外企业在如BCM、PEPS、门窗、座椅控制器等单功能产品上有深厚的技术积累，同时各大外企的产品线覆盖面较广，为他们做系统集成产品奠定了基础。而国内企业新能源车车身应用上具有一定优势。以BYD为例，在BYD的新能源车上，将车身域分为左右后三个域，重新布局和定义系统集成的产品。但是在车身域控制芯片方面，MCU的主要供货商为仍然为英飞凌、恩智浦、瑞萨、Microchip、ST等国际芯片厂商，国产芯片厂商目前市场占有率低。
（4）行业壁垒
从通信角度来看，存在传统架构-混合架构-最终的Vehicle Computer Platform的演变过程。这里面通信速度的变化，还有带高功能安全的基础算力的价格降低是关键，未来有可能逐步实现在基础控制器的电子层面兼容不同的功能。例如车身域控制器能够集成传统BCM、PEPS、纹波防夹等功能。相对来说，车身域控制芯片的技术壁垒要低于动力域、驾舱域等，国产芯片有望率先在车身域取得较大突破并逐步实现国产替代。近年来，国产MCU在车身域前后装市场已经有了非常良好的发展势头。

2. 座舱域控制芯片

电动化、智能化、网联化加快了汽车电子电气架构向域控方向发展，座舱域也在从车载影音娱乐系统到智能座舱快速发展。座舱以人机交互界面呈现出来，但不管是之前的信息娱乐系统还是现在的智能座舱，除了有一颗运算速度强大的SOC，还需要一颗实时性高的MCU来处理与整车的数据交互。软件定义汽车、OTA、Autosar在智能座舱域的逐渐普及，使得对座舱域MCU资源要求也越来越高。具体体现在FLASH、RAM容量需求越来越大，PIN Count需求也在增多，更复杂的功能需要更强的程序执行能力，同时还要有更丰富的总线接口。
（1）工作要求
MCU在座舱域主要实现系统电源管理、上电时序管理、网络管理、诊断、整车数据交互、按键、背光管理、音频DSP/FM模块管理、系统时间管理等功能。
MCU资源要求：

· 对主频和算力有一定要求，主频不低于100MHz且算力不低于200DMIPS；

· Flash存储空间不低于1MB，具有代码Flash和数据Flash物理分区；

· RAM不低于128KB；

· 高功能安全等级要求，可以达到ASIL-B等级；

· 支持多路ADC；

· 支持多路CAN-FD；

· 车规等级AEC-Q100 Grade1；

· 支持在线升级（OTA），Flash支持双Bank；

· 需要有SHE/HSM-light等级及以上信息加密引擎，支持安全启动；

· Pin Count不低于100PIN；

（2）性能要求

· IO支持宽电压供电（5.5v~2.7v），IO口支持过压使用；

很多信号输入根据供电电池电压波动，存在过压输入情况，IO口支持过压使用能提升系统稳定、可靠性。

· 存储器寿命：

汽车生命周期长达10年以上，因此汽车MCU程序存储、数据存储需要有更长的寿命。程序存储和数据存储需要有单独物理分区，其中程序存储擦写次数较少，因此Endurance>10K即可，数据存储需要频繁擦写，需要有更大的擦写次数，参考data flash指标Endurance>100K, 15年(<1K),10年(<100K)。

· 通信总线接口；

汽车上总线通信负荷量越来越高，因此传统CAN已不能满足通信需求，高速CAN-FD总线需求越来越高，支持CAN-FD逐渐成为MCU标配。
（3）产业格局
目前国产智能座舱MCU占比还很低，主要供应商仍然是NXP、 Renesas、Infineon、ST、Microchip等国际MCU厂商。国内有多家MCU厂商已在布局，市场表现还有待观察。
（4）行业壁垒
智能座舱车规等级、功能安全等级相对不算太高，主要是know how方面的积累，需要不断的产品迭代和完善。同时由于国内晶圆厂有车规MCU产线的不多，制程也相对落后一些，若要实现全国产供应链需要一段时间的磨合，同时可能还存在成本更高的情况，与国际厂商竞争压力更大。

3. 车身和座舱域国产控制芯片应用情况

车载控制类芯片主要以车载MCU为主，国产龙头企业如紫光国微、华大半导体、上海芯钛、兆易创新、杰发科技、芯驰科技、北京君正、深圳曦华、上海琪埔维、国民技术等，均有车规级MCU产品序列，对标海外巨头产品，目前以ARM架构为主，也有部分企业开展了RISC-V架构的研发。目前国产车载控制域芯片主要应用于汽车前装市场，在车身域、信息娱乐域实现了上车应用。

国产车身域和座舱域控制器芯产品应用情况

汽车控制芯片（车身+座舱）必须通过的车规级AEC-Q100认证

1.AEC-Q认证是国际汽车电子领域的准入门槛

AEC即Automotive Electronics Council，是美国汽车电子委员会的简称。AEC由克莱斯勒，福特和通用汽车发起并创立于1994年，目前会员遍及全球各大汽车厂、汽车电子和半导体厂商，符合AEC规范的零部件均可被上述三家车厂同时采用，促进了零部件制造商交换其产品特性数据的意愿，并推动了汽车零件通用性的实施，为汽车零部件市场的快速成长打下基础。AEC-Q为AEC组织所制订的车用可靠性测试标准，是零件厂商进入汽车电子领域，打入一级车厂供应链的重要门票。

AEC-Q100是AEC的第一个标准，主要是针对车载应用的集成电路产品所设计出的一套应力测试标准，此规范对于提升产品信赖性品质保证相当重要。AEC-Q100是预防可能发生各种状况或潜在的故障状态，对每一个芯片进行严格的质量与可靠度确认，特别对产品功能与性能进行标准规范测试。

2.要求通过AEC-Q100标准的车用集成电路IC

单颗IC，如MCU芯片、MPU芯片、存储类芯片、计算类芯片、安全类芯片、LED类驱动芯片、电源芯片、运算放大器、比较器、感知用模拟芯片、通信类芯片等

3.AEC-Q100车用IC产品验证流程