意法半导体MCU布局的主要策略

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[导读] 汽车嵌入式系统应用千变万化，未来MCU的发展也同样需要针对多样化的需求提供多样化的MCU，以更好的性价比以及对产品进行优化来更好的满足车用需求。
　随着我国汽车产量突飞猛进的增长，尤其是轿车产量占汽车总产量的比例大幅提高，我国汽车微控制器（MCU）市场也在持续增长，汽车发动机控制、音响设备、安全气囊和传输管理系统等诸多领域都需要MCU，汽车已经成为MCU重要的应用市场之一。

　　以丰富的产品线抢占汽车MCU市场

　　故此众多半导体厂商非常注重汽车MCU市场，意法半导体（ST）也不例外。汽车MCU涉及汽车应用的诸多领域，由于不同应用对MCU的需求各不相同，ST有多个不同系列的MCU产品可满足不同的应用需求。

　　例如，8位的STM8A系列被大量用于音响控制、车身控制等领域，16位的ST10系列被大量用于发动机控制领域，在中国目前的汽车发动机控制的MCU用量中占有约1/3的市场份额。

　　众所周知，32位的MCU是当今市场的发展方向。ST基于PowerPC架构的SPC56系列32位MCU自2011量产以来，已经被大量应用于汽车发动机控制、车身控制、安全气囊和动力传输管理系统等诸多领域。

　　“也有一些汽车应用领域则会采用专用的处理器。例如，ST的EyeQ系列处理器被用于先进驾驶辅助系统（ADAS），采用该芯片的Mobileye公司应经成为全球视觉高级驾驶辅助系统市场上的领导企业。”Edoardo Merli表示。

　　汽车嵌入式系统应用千变万化，未来MCU的发展也同样需要针对多样化的需求提供多样化的MCU，以更好的性价比以及对产品进行优化来更好的满足车用需求。以ST的32位SPC56系列MCU为例，同样基于PowerPC架构的MCU又可以分出7个不同的产品线。目前SPC56系列已经量产的产品型号有100多个。

　　意法半导体MCU布局的主要策略

　　意法半导体大中华及南亚区汽车产品部市场应用总监Edoardo Merli

　　应对汽车用MCU更加苛刻的要求

　　因为MCU在汽车领域的控制功能和应用领域越来越多，对于汽车的安全性和可靠性的影响越来越大，所以相比其他领域对MCU应用的要求，汽车控制系统中对MCU的要求更加苛刻。Edoardo Merli指出，这主要体现在汽车控制系统对MCU及其软件系统提出了更高的要求。具体体现在以下几个方面：

　　1.在MCU产品方面，不仅要求有车规的质量标准，而且也一直重视全面的测试验证以及产品大批量的生产验证，这使得汽车级MCU的供应商有较高的进入门槛。

　　2、在MCU发展路线上，除了要有更好的性价比、提高运行效率（高频，多核）、降低功耗等考虑之外，必须结合MCU在汽车应用领域的发展需求，从设计方面要考虑功能安全（ISO26262）、安全加密以及新的接口标准等。

　　3、在MCU软件上，开发环境的通用性以及软件模块的可复用性是基本要求，获得第三方支持的更高标准（如AutoSAR）的软件模块及工具也是考量的因素。

　　苛刻要求多了，必然促使技术不断创新。Edoardo Merli透露，ST基于以上要求，在目前已经量产的SPC56系列90nm产品基础上，又开发了55nm的SPC57系列于2012年提供客户样品，2015年进入量产。于此同时，基于40nm工艺的SPC58也已经进入样品阶段。

　　如何使MCU高性能和低功耗可兼得

　　Edoardo Merli指出，选择正确的技术、系统架构（软硬件）和正确的设计方法可以降低功耗。为使计算/处理能力和低功耗之间达到很好的平衡，让高处理性能和低功耗可兼得，在MCU设计过程中可以从以下几方面入手。

　　1、通过使用高性能且低功耗的高能效模块取得高处理性能。

　　2、MCU架构使用大量时钟门控逻辑，当逻辑单元没有处理任何数据时，关闭时钟，消除动态功耗。

　　3、把产品分成不同的时钟域，使其能够在低频下工作，闲置时能够关闭时钟。

　　4、将产品分成不同的电源域，闲置时可以用软件关闭电源域。

　　消除MCU对车联网安全的潜在影响

　　近年来不管是传统汽车业还是互联网巨头，都在向车联网跃进。而汽车安全无疑是横亘在汽车更智能化道路上的障碍。MCU作为汽车电子系统内部运算和处理的核心，因为车联网汽车来自外部的接入信号可能会侵入汽车控制系统，这对汽车安全性具有潜在影响。

　　Edoardo Merli指出，为保证车联网汽车的安全性以及客户的IP不被侵入，通常有两种解决方案：硬件安全模块（HSM）和加密安全模块（CSM）。据Edoardo Merli介绍，ST现有的Bolero 3M （SPC564B）汽车MCU具备Ethernet借口，也设计了符合安全扩展（SHE）功能规范版本1.1的加密安全模块（CSM）。同时ST的新一代Chorus汽车MCU系列则除了有采用加密安全模块（CSM）之外，大部分采用符合EVITA中级标准的硬件安全模块（HSM）。

　　Edoardo Merli进一步强调，从架构定义开始，经过设计实现和芯片制造，一直到客户订制，我们的产品安全解决方案贯穿产品研发的整个过程。每一款产品下线时都分配一个唯一用户ID码，某些一次性编程逻辑器件有保存密钥。存储器的某些存储单元具有安全保护机制，防止来自芯片内外的非法访存操作。用户还可以使用OTP将调试接口禁用，防止非法读取或篡改存储器。当安装在汽车上时，任何人不能读取或修改存储器内的信息数据，以进一步保护数据安全。

　　MCU布局的两个策略，更广阔的应用领域

　　中国汽车市场是全球规模最大同时能够多年保持增长的汽车市场，同时中国市场也是ST的一个重点。ST 汽车MCU在中国的快速增长离不开客户在本地的研发合作。Edoardo Merli指出，我们会进一步强化同客户合作MCU系统开发中的技术支持，利用ST在汽车应用领域广泛而极具竞争力的产品，为客户提供全套的IC解决方案。在汽车MCU的市场上，ST依然会沿着两个适用于不同策略的方向进行布局：针对关键客户的深入而全面的研发合作，和针对大众市场客户引入伙伴关系开展平台化方案的广泛支持。

　　Edoardo Merli最后表示，由于汽车级的MCU产品从设计到生产所体现的品质和安全性高于一般的工业类MCU，因此，汽车应用以外的领域（如电梯控制，发电机等）也开始采用。另外，值得注意的是ST汽车级的SPC56系列MCU通过更为严格的品质控制和测试标准，用于航空及防务应用的RobuST产品系列，目前也已经量产。