1、AMPG车身电子系统工程团队汽车电子车身电子的未来发展223810141517目录1 简介2 网络3 超级集成4 功耗5 功能安全6 安防性7 结论1. 简介当今的驾驶员希望在其汽车中获得更高水平的舒适性、安全性、效率和消费电子功能。这些汽车领域的需求反应了社会的整体需求，其中“互联世界”和机对机 (M2M) 通信正在成为最热门的话题。在更加新型的汽车中，有多个摄像头(车道偏离警告系统和自动巡航控制等)和多个用于卫星导航、倒车摄像头和仪表盘等的薄膜晶体管(TFT)屏幕。随着计算性能和嵌入式存储器容量的提升，这些新特性驱动了对车载网络中高带宽的需求，也因此驱动了以太网连接的应用。除了这些高带宽连

2、接以外，在汽车的控制应用中也出现了越来越多的传感器、促动器和电机。传感器测量气体(COx和NOx等)、各种温度、振动、车轮速度、扭矩、偏航和其他参数，以帮助提高效率和安全。促动器(包括继电器和电磁阀)和由MCU控制的电机、驱动泵、风扇、供暖通风和温度调节(HVAC)、电动车窗升降器和天窗等。由于以下两方面的原因，额外功能带来了功耗的增加：第一，由于硬件重量增加，燃油经济性降低，第二，实现额外功能需要更高的计算性能、嵌入式存储器容量和更高的带宽连接性，每一项都会增加功耗。虽然，随着低数据速率小型传感器和促动器的爆炸性增长，主计算资源向少量的中央域控制器集中，该增长也要求汽车采用许多新的电机控制单

3、元(ECU)。在图1中，Strategy Analytics的数据预测了各级别汽车ECU数量的增加。虽然平均来说，目前的汽车大约采用25个ECU，但一些高端型号已经采用超过100个ECU。这些发展趋势结合在一起，会导致一个规模更大的车载网络，使线束通常成为汽车中第二重的组件(位列引擎之后)，长度超过6公里的铜线，重量超过70公斤。除了对更高计算性能和网络性能的需求以外，人们对车载网络安全的要求也越来也高，以应对日益复杂的电子产品，以及它们实现的功能的关键特性。另外，随着汽车的双向无线通信变得越来越普遍，人们对汽车MCU的安防措施也产生了前所未有的需求，以防止未授权访问车载网络给车主带来危害，并

4、保护它包含的知识产权。汽车电子 车身电子的未来发展3车身电子的未来发展 汽车电子图1：所有级别汽车中ECU增加的数量0.0Average ECUs per Car10.020.030.040.050.060.020072008200920001620172018MiniSmallMediumLargeExecutiveLuxuryCoupe来源 : Strategy Analytics图2：根据应用域划分的车载网络2. 网络当代汽车具有许多能提供诸多功能的ECU。这些功能可能分布在多个ECU上，其中大多数是连接至一个或多个系统总线的网络节点。这些EC

5、U控制多种功能，例如照明、空调、座椅、引擎或变速箱。控制器区域网络(CAN)、局域互联网络(LIN)和FlexRay等与其连接的各种总线系统构成了汽车中的分布式网络。未来，车载网络架构将由高度集成的域控制器组成，它将通过速度更快的总线系统互联。从业界发展趋势中可以发现，以太网将成为域网络的“主干网”并取代CAN，但是也有一些FlexRay的示例。CAN、FlexRay和LIN次总线将为车载子域中的智能节点提供连接性，而这一高度互联的架构需要强大的域控制器支持。 图2展示了如何根据相关域控制器，将车载网络划分为单独的应用域。这些域控制器需要大量的处理功率和实时性能，以及大量的通信外设。飞思卡尔Q

6、orivva MPC5748G系列是高度灵活的MCU，适合作为一种先进的集中网关控制器和高端车身域控制器运行，或兼具两种功能。凭借大量的通信接口、高性能水平和低功耗，Qorivva MPC5748G成为这些运行应用的理想器件。 MPC5748G MCU采用基于PowerArchitecture技术的e200内核，面向汽车网关和高端、集中式车身控制器模块应用而开发。该器件包含两个160 MHz e200z4内核和一个80 MHz e200z2内核，提供了一种具有灵活功率性能的解决方案。MCU的主要特性包括6 MB嵌入式非易失性闪存和768 KB嵌入式SRAM，另外还支持革命性的新型低功耗模式。特

7、性集包括一个e200z0硬件安全模块(HSM)，超过了Hersteller Initiative Software (HIS)标准的安全硬件扩展(SHE)要求，以及多种通信、模拟和定时器模块选择。该器件是一款SafeAssure解决方案(参见第5节)，符合汽车功能安全标准 (ISO 26262)，至少具有汽车安全完整性等级(ASIL)-B级的特定安全功能。以太网主干网诊断端口动力总成网关CAN/FLEXRAY车身和舒适性网关 CAN/LIN变速箱管理引擎管理 电池监控 交流发电机调节器 车窗升降器HVAC和舒适性 INT&EXT照明 车门和座椅模块底盘网关CAN/LIN/FLEXRAY转向线控

8、制动线控 电动转向胎压监测信息娱乐网关以太网/MOST/CAN汽车音响机头单元抬头显示 导航仪表盘4表1：由MPC5748G MCU支持的通信接口FlexCAN CAN2.0 1Mbps CAN FD 8Mbps LINFlex 20kbps 100 Mbps FlexRay 10 Mbps SDIO (全速) SDIO (高速) 25 MHz 40 MHz USB 480 Mbps MediaLB 2048 fs 98Mbps SPI 40 MHz *RMII = 简化媒体独立接口*MII = 媒体独立接口IndependentWatchddog per CoreIndependent OS

9、Timer per CoreProcess ID/CorePrivileges Levels/CoreIndividual IsolatedRAM ArraysMaster IDProtectionLockable MemoryProtection RegionsAddress RangePrivilegesPeripheral MasterID ProtectionRegisterProtectionDedicated FlashLine BuffersIndividual FlashBlock LockingCoresMemoriesPeripheralse200z4SWTSTMe200z

10、4SWTSTMe200z2SRAM0NVM PortandBuffers 0NVM PortandBuffers 1NVM ArrayNVM PortandBuffers 2SRAM1SRAM2BusBridge 0BusBridge 1SWTSTMCrossbarsRegister Protect1 x INTC10 x SPI18 x LIN3 x I2C2 x ADC4 x I2C3 x eMIOS8 x CANSystem Memory Protection UnitSystemCommsHSMSDHCFlexRayUSB OTGUSB SPHENETMLBDMA3 x Compara

11、tor汽车电子 车身电子的未来发展图3：MPC5748G MCU上实施的应用隔离和保护机制表1所示为MPC5748G MCU支持的通信接口等级，进一步证明了其适合作为域控制器，以及在高端车身控制器应用中的适用性。凭借其多核设计和相关的特性集，MPC5748G MCU特别适合支持单一架构中的多个应用。在不同内核及其相关资源之间的高度分离和隔离允许在应用级进行隔离。这意味着它可以专门指定一些MCU资源(例如内核、外设子集和存储器)用于一个应用，同时将具有外设和存储器子集的另一内核用于完全独立的另一应用。这些MCU特性在汽车级是非常重要的，它们打破了汽车特性与ECU之间的1:1对应关系。为了使汽车的

12、选项经济高效并且可以在一个复杂的制造环境中管理，汽车的特性需要由通用硬件平台上的软件提供支持。该应用隔离的另一个优势是为软件集成商提供了保护，可核对来自许多第三方开发商的软件，确定其能够独立、自动运行。图3中的MPC5748G架构示意图显示了支持此类高度应用隔离的一些特性。为了在一个实际的现实应用中展示MPC5748G MCU的这些特性和功能，图4显示了建议的使用案例。在该示例中，器件控制两个独立的域：符合CAN2.0B规范邮箱支持FIFO支持符合主动和被动CAN_FD规范在一个节点上的低功耗虚拟网络过滤串行外设接口最多4个，用于SPI控制LED驱动器LIN协议版本1.3、2.0、2.1和2.

13、21x Master/Slave，17x Master支持LIN支持(RMII*，MII* + IEEE 1588)支持FlexRay2.1 128 MB.安全数字输入输出1个on-the-go 1个主控制器 ULPI接口 3引脚和6引脚接口速度等级最高为2048Fs通信 位速率 描述以太网 一个网关域 处理传统的汽车开放系统架构 (AUTOSAR)汽车网关功能。 拥有专用CPU和相关的存储器和 外设资源。 几乎独立地运行IP域，但可以通过 共享存储器和中断消息架构安全地 交换数据。 一个IP域 连接至互联网，用于支持多种应用， 例如在车载网络中分布场内下载。 使用专用e200z4内核、专用系

14、统 RAM和一部分闪存阵列，运行其 自己的操作系统(OS)，此系统具有 其自己的OS计时器、看门狗和系 统资源。汽车软件刷新汽车软件内容的刷新和重刷是高级汽车电子的一个新兴领域。过去，汽车软件刷新在严格控制的工厂条件下进行，并在汽车的例行维护期间实施可用更新，该概念正在扩展，而现在，用户可以在汽车行驶时非常方便地进行无线更新。如图5所示，汽车平均约有10 MB的闪存，但是许多高端汽车的闪存比这一数字至少高10倍。5e200z4 Core 160 MHzCANFlexRayLINTimerHSMe200z2 Core 80 MHzPWMEthernete200z4 Core 160 MHzI2S

15、SDHCUSB3GModemWi-FiExt. MemIP RouterDomainAUTOSAR DomainADCULPIAnalog Audiofor “E-Call”FunctionCTUSPIAutomotiveGatewayAutomotive BodyControlDigital AudioTelephonyfor Normal TelephonyExt.USBPHY2005MCU Flash per Car (MB)Average Flash per MCU (KB)20062007200820092000060

16、05004003002001000MCU Flash per Car (MB)(left axis)Avg Flash per MCU (KB)(right axis)5X Increase车身电子的未来发展 汽车电子图4：MPC5748G MCU多域运行图5：汽车中的嵌入式闪存容量评估资料来源 : Strategy Analytics & 飞思卡尔分析 安全 新软件不能导致任何系统故障 如果需要，能够回退至以前的软件 版本 安全性 更新不能被中断，未经批准的 更新无法访问 必须验证已下载软件的完整性 透明 行驶中的更新必须最大程度减少 对驾驶员使用汽车的干扰高级网络基于摄像头的停车系统、车载

17、TV和驾驶员辅助等新应用需要更大的程序和数据存储。例如，最新的高端汽车系列之一具有超过1 GB的嵌入式存储器，分布于100多个ECU上，而之前的型号只有不到100 MB的存储器。因为每辆车都增加了ECU的数量和嵌入式存储器的容量，对网络带宽的需求也不断提高。以太网随着预计的数据量增加、嵌入式存储增加并向规模更大的域控制器架构迁移，需要一个新的高速接口实现互联互通。以太网是高速网络的一个显而易见的选择，因为它在非车载应用中广泛使用，并已经用于量产汽车。最初，以太网由一些OEM作为高性能数据接口引入汽车用于诊断和软件下载，以便减少生产和服务中心的编程时间。这种方法已经传播至其他OEM，并有望促成一

18、项ISO/SAE标准，规定以太网可以用作车载诊断(OBD)接口的一部分，取代以前的标准中使用的CAN。另外，目前已经详述各方面的挑战：目前，当代汽车具有超过50 MB的嵌入式闪存，分布在ECU上(不包括信息娱乐/多媒体领域)。原始设备制造商(OEM)需要能够以可靠、便捷的方式安全地更新部分或全部内容，同时最大程度减少对驾驶员造成的影响。 在行驶中进行软件重刷需要解决许多需求和挑战：汽车制造商也需要能够在行驶中下载新的软件刷新镜像并将其安全地存储，以便以后当汽车或特定ECU处于安全运行/非运行模式时进行编程。MPC5748G MCU非常适合此类应用。它具有非常适合为广泛的汽车刷新和重刷应用提供支

19、持的诸多特性，能够接收和存储镜像，然后将镜像发送至相关节点。表2：适用于汽车软件重刷应用的MPC5748G MCU特性，以下列出了其中一些特性及其相关优势。将以太网用作环绕摄像头系统网络的原形设计。在该系统中，以太网将在普通的运行状态中使用，显著升级了其在诊断领域的应用。物料清单(BOM)成本的降低促进了这一变化，由于物理接口的改进，即便使用成本极低的单对非屏蔽双绞线(UTSP)布线也可以满足电子干扰(EMI)的要求。通过使用价格较低的UTSP布线，可以节省BOM成本。图6展示了一家汽车制造商如何降低成本和增加以太网的使用。6FunctionalityCost of EthernetDiagn

20、osticsand FlashUpdateData Link forSurroundCameraInfotainmentBus2008201320152018DateData Linkfor Backbone表2：适用于汽车软件重刷应用的MPC5748G MCU特性图6：早期部署以太网的OEM如何使用以太网汽车电子 车身电子的未来发展特性 优势多达6 MB闪存多闪存分区多核和独立资源接口硬件闪存重新映射方案低功耗快速编程闪存安全性存储审查强大的Boot-loaderCan FD足够的存储容量可支持本地应用(即BCM或网关功能)，以及汽车中另一个节点的附加镜像。在闪存区域中编程的同时，能在另一区

21、域执行。 允许最大程度减少对应用的干扰，同时存储闪存下载。能够管理用于闪存下载和存储的单独应用，同时最大程度减少对主应用的干扰。能够无线交换内部闪存地址映射。 包括对后续重置应用重新映射的机制，同时仍然允许简单的回退功能.能够通过低功耗、汽车停放模式在车载网络中分配镜像 CAN & LIN节点在新型低功耗单元(LPU)模式中激活。访问次数充足，速度快 硬件安全模块(HSM)用于验证下载的完整性，并确保在车载总线网络中实现安全通信。用于保护器件的非易失存储器(NVM)内容的强大机制，可避免将更新暴露给黑客。基于不可擦除NVM的boot-loader，支持在工厂条件下进行串行下载。快速下载至汽车，

22、同时位于现有CAN总线基础设施的车载网络中。 支持高速CAN_FD，可在车载网络中快速分配闪存容量。用于连接网络IP的SDIO和USB(Wi-Fi(R)和3G等) 用于诊断连接的以太网用于串行连接的JTAG和UART来源 : 飞思卡尔以太网的优势不断增加，是主干网络的理想选择。主要优势有： 增加了带宽选项(可扩展性) 使用低成本UTSP，将电磁兼容性 (EMC)排放保持在限值以下 以太网是众所周知的、成熟的网络结构 许多开发人员都使用过以太网 轻松集成消费电子设备 许多供应商提供硬件和软件 提供低成本和免费工具根据预计，未来数据总量将出现增长，OEM需要可扩展的车载架构，因此，增加了带宽选项是

23、个更显著的优势。以太网在该领域的表现非常强大，具有1 GB/s和更高的容量。事实上，如图7所示，车载网络落后于消费电子许多年，因为1 GB/s和10 GB/s网络在非车载网络中非常常见。以太网的另一主要优势是在消费电子领域的成熟度，由此产生了一个汽车团队可以使用的大型开发人员、知识、供应商、工具和软件池。以上重点介绍了诸多优势，并考虑了以太网已经在量产汽车中使用，这预示着它将进一步扩展，以太网将成为域控制器之间高速主干网的选择。MPC5748G MCU及其衍生产品能够非常完善地满足以太网的未来需求。这些MCU支持ENET以太网复合，为车身/网关应用中使用的以太网提供大量所需的嵌入式存储器。MP

24、C5748G MCU中使用的ENET复合支持100 Mbps，现可升级支持千兆以太网。千兆版本具有完整的软件兼容性，并集成至其他飞思卡尔产品。另外，ENET复合已经更新，凭借多队列支持和流量整形全面支持音频视频桥接(AVB)标准，满足AVB服务质量(QoS)要求。AVB多队列支持可分离硬件中的不同流量类型，使软件驱动更加高效地分流中央处理单元(CPU)。多队列和流量整形还允许分离应用任务，并确保始终传输具有更高优先级的数据。一个示例使用案例出现在结合了车身和网关功能的域控制器中。从原则上来说，二者可以通过将任务分区至多个队列共享一个MAC。这帮助确保具有更高重要性的任务(例如那些网关中的任务)

25、始终可获得充足的网络带宽。图8所示为多队列 ENET复合的框图。DateData Rate52000 MB/s1 GB/s10 GB/s100 GB/sMOST25MOST50MOST 150FlexRay 2.110 MB/s1 MB/sEthernet 100 B1990CAN 2.0+ +Ethernet Bit RateEvolutionStandard Automotive Buses(different use cases) +LINCANFD+Eight Year LagMulti Queue ENETSystem RAMClass_A

26、BDClass_BRx BD RingCI_ACI_BN_AVRx Filter SelectTx Select (CBS)Non AVClass_AClass_BNon AVBDBDBDXBARmmSBDBDBDBDRx BD RingRx BD RingTx BD RingTx BD RingTx BD RingBDBDBDBDBDBDBDBDBDBDBDBDBDBDBDBDCI_ACI_BN_AVUDMAConfigurationstatisticsMDIOmasterTransmitFIFOReceiveFIFOTCP/IPPerformanceOptimizationRx Contr

27、olTCP/IPPerformanceOptimizationRAMTCP OffloadEngine (TOE)MACRAMCRCCheckPauseFrameTerminateMII/RMIIReceiveinterfaceMII/RMIIReceiveinterfacePHYManagementinterfaceRegister Interface (AIPS Connection)Tx ControlCRC GeneratePauseFrameGenerateArbitration FieldSOFSOFr1r1r0IDEIDESRREDLBRSESIr0EDLBRSESI111173

28、Control FieldControl FieldData Field4-bitDLC4-bitDLC016 B2064 B17b CRC21b CRC11-bit Identifier11-bitBase Identifier18-bitIdentifier ExtensionCRC FieldData Field016 B2064 BDataPhaseArbitrationPhaseArbitrationPhase17b CRC21b CRCCRC FieldAckEOFInt.Idle1 173AckEOFInt.Idle车身电子的未来发展 汽车电子图7：与以太网相比，车载网络比特率落

29、后图8：多队列ENET复合的框图图9：CAN FD帧结构 (CAN FD Base和扩展格式)来源 : 飞思卡尔来源 : 飞思卡尔CAN FD未来的MCU需要容量更大的嵌入式存储器，而这将增加汽车的总体编程时间，增加生产和服务成本。更加复杂的ECU还需要在相互之间传输更多信息，而这要求现有汽车网络具有更高的带宽。另外，为了使诊断端口和域控制器互联(大型ECU)迁移至以太网等高速数据接口，业界也希望增加现有CAN2.0网络的吞吐量，因为这一革命性的增长可帮助保护现有投资。由此导致创建了CAN Flexible Data-rate(FD) (CAN FD - ISO 11898-7)，它允许CAN

30、消息数据部分的波特率增加至8 Mbps、有效负载增加至64 bytes，以便提高吞吐量。图9展示了用于提高吞吐量的CAN FD帧结构。图10展示了与CAN FD相比，CAN2.0吞吐量的提高，也显示了各种数据相传输速率(4和8 Mbps)和有效负载大小(8和64 byte)。该示例显示了通过部署 CAN FD，可以实现数据吞吐率显著提升(最高6x)，尤其是当需要更大有效负载时。可以利用这一显著提升的数据吞吐率来缩短编程时间，并在 ECU间传输更多数据。MPC5748G MCU系列中使用的FlexCAN3模块同时支持CAN2.0和CAN FD。FlexCAN3是具有灵活缓冲布局的完整CAN实现。

31、所有邮箱都支持使用CAN 2.0和CAN FD格式发送和接收。实现得到优化，以允许CAN2.0、CAN FD和交错的CAN2.0和CAN FD，因此用户可以高效地分别配置每个邮箱。 8CAN 2.0, 8 Bytes,1 MB/s00CAN_FD, 8 Bytes,1/4 MB/sCAN_FD, 8 Bytes,1/8 MB/sCAN_FD, 64 Bytes,1/4 MB/sCAN_FD, 64 Bytes,1/8 MB/sCAN Message TypeTranmission Time (uS)8 BytesBuffersAll Buffers

32、can beused to transmit andreceive CAN 2.0 andCAN FD frame formats16 BytesBuffers32 BytesBuffers64 BytesBuffers图10：CAN帧类型和传输类型 (x/y代表CAN帧的仲裁相/数据相中的数据速率）图11：FlexCAN3 FD缓冲器布局汽车电子 车身电子的未来发展这一优化还允许对编程和功能用例提供完整的支持。图11所示为FlexCAN3缓冲器布局的框图。缓冲器大小不一，有8、16、32和64byte，以适应不同的CAN FD用例。例如， 大部分64 byte有效负载帧可能用于程序下载。随着

33、汽车电子功能种类的不断增加以及功能自身的复杂性的提高，在如今的汽车系统所使用的架构中，大量ECU 彼此之间进行通信。在外设方面，执行器和传感器也变成日益强大的嵌入式 MCU，连接通信接口、电压调节器和其他应用特有的组件。 分布式智能执行器和传感器的架构的主要使能技术之一是高度集成的集成电路芯片(IC)。这种高度集成是实现高效和优化的系统解决方案的第一步，同时也是最重要的一步。通常需要两个或三个IC 才能满足应用需求，现在只要一个IC 便足够了。这带来了各种优势，本来源 : 飞思卡尔3. 超级集成节的后面将讨论这些优势(参见“集成的价值”)，但首先，它能够减少一半的印刷电路板 (PCB) 空间，

34、如图 12 所示。飞思卡尔的 LL18UHV 技术通过封装或晶片级集成，将高压(40V) 模拟、数字逻辑和非易失性存储器结合在一起。系统级封装 (SiP) 设计在 S12 MagniV 混合信号MCU产品系列中实施，为许多车身电子应用提供了功能强大、具有成本效益的解决方案。如果集成的混合信号MCU产品与 MPC5748G MCU 高端车身域控制器一起设计到汽车网络中，便可获得更高的系统级优势。网络智能化和高度集成的执行器和传感器节点通过它们各自的系统网络来传递信息。高度集成节点的一个示例是车灯控制开关模块，将驾驶员打开前灯的意愿发送到驱动照明ECU。大多数车身电子应用都使用LIN 和/或 CA

35、N 通信接口。延迟和带宽等应用需求以及成本对选择特定接口有一定影响。由于实际的通信物理层(PHY)主要是受到电气和电磁需求(ESD、EMI、EMC)的推动，是器件面积的一部分，不能忽略不计，因此通常 LIN 或 CAN PHY 根据应用需求进行了集成。带有嵌入式 LIN PHY 的通用S12ZVL系列MCU和带有片上 CAN PHY 的 S12ZVC 系列可满足这些需求。除了LIN和CAN协议，其他面向动力总成或底盘的通信接口，比如单缘半字节传输(SENT)或外设传感器接口5 (PSI5)，也引起了大家的兴趣，可进一步降低网络成本。例如，使用PSI5替代LIN 可将电线和接头针数从三个(LIN

36、、VBAT、GND)减少到两个(电源、GND)。即使PSI5需要将数据调节到电源线上，所节省的线束和接头足以满足电子方面的更高要求。虽然低成本协议不断发展，但多年来，在汽车传感器和执行器中，特别是在车身应用中，总体仍趋向于基于LIN和 CAN 的节点。Strategy Analytics 表示，到2018 年，LIN节点的数量将超过10 亿，CAN节点数将超过20亿大关。每辆汽车的平均节点数将是大约10 个 LIN 节点和OtherFlexRaySafety BusLIN/J2602J1850CAN4000450035003000250020002008200920102

37、000020Nodes (Millions)Source: Strategy AnalyticsCAGR (LIN nodes) 17%CAGR (CAN nodes) 13%大约20个CAN节点。LIN节点的预计复合年增长率 (CAGR) 为 17%，LIN 节点的市场增长将明显高于CAN节点，CAN节点拥有 13% 的CAGR。这表明LIN节点实现的简单功能越来越多。图13展示了这种增长的重要性。机电一体化“二级集成”机电一体化将多个工程学科(包括机械、电气和控制工程)结合到一个系统或产品中。将机械和电子及软件结合在一起，能

38、在更小空间内设计出专用的、优化的，从而具有成本效益的电子系统，同时提高了系统的功能和灵活性(可编程性)。这方面的集成并不限于IC。然而，机电一体化系统中的嵌入电子需要正确的基本构件和生产技术、应用基础知识和特定应用集成电路 (ASIC) 。如图14所示，前面提到的 LL18UHV 可看作是符合这种趋势的业界领先的技术。LL18UHV技术是成熟的低漏电技术(LL18)的演进成果，LL18已在全世界两亿多个 S12 MCU 中实施。在CMOS + NVM加工步骤之前，添加LL18UHV的几个工艺步骤(埋层N型阱和深层链接，用于隔离晶体管)，基本的晶体管参数和成熟的可靠性不受影响。 该技术的电压可在

39、12 V 汽车电池系统中支持40V，支持负载突降。这些高压电路元件通常不包含在制造MCU的技术中，但如果要将单封装器件集成到机电执行器和传感器节点，则需要这些高压电路元件。图12：提高集成度大大减少了PCB空间图13：汽车中 CAN、LIN 及其他节点的增长图14：LL18UHV 技术的机电一体化功能来源 : 飞思卡尔信息来源 : Strategy Analytics数字逻辑 S12、PWM、定时器、 SRAM、SPI、SCI、GPIO、看门狗等；低漏电180nmCMOS+NVMLL 18UHV技术高压模拟低边 和高边驱动器、电压调节器 LIN/ CAN PHY、输入、门控驱动等非易失性存储器

40、 Flash、EEPROM UHV 器件车身电子的未来发展 汽车电子10High-VoltageComponentsVREG for Total Supply:70 mA without Ext. Comp. or170 mA with Evt. BallastADC10- 12-bit resolution12 S/H-UnitsUp to 16-ch. totalLIN-PHYVBATSenseHVI (12 V Inputwith ADC)4 to 6-ch. MOSFETPredriver (50100 nC)Motorcontrol PWMwith Fault ProtectionS

41、12 or S12Z CPU25/32/50 MHz busFlash (ECC)8128 KBEEPROM (ECC)128 B4 KBLQFP:32/48/64/100/144-pinLQFP-EP:48/64-pinQFN:32-pin (5 x 5 mm)Current Sense(2 x Opamp)RAM (ECC)512 B-8k KBCharge PumpVSUPSenseGPIOPGPIO20 bmANGPIO25 bmACAN-PHYCANSCISPII2CBDM/BDCRTCPierce Osc.Temperature SenseSound GeneratorSegmen

42、t LCD (4 x 40)ProgrammableTrigger UnitStepper MotorDriver with SSDDigitalComponentsMCU Coreand Memories5 V AnalogComponentsPackagingLow-SideDriversHigh-SideDriversTimer16-bit(2564 MHz)PWM8/16-bit(2550 MHz)KeyWakeupsWin.WdogRCosc.+/-1.3%PLL图15：与应用相关的基本构件汽车电子 车身电子的未来发展基本构件典型的机电传感器或执行器节点共享下列通用基本构件： 带有标

43、准外设的MCU，包括脉宽调制 (PWM)、定时器、模数转换器 (ADC)、 通用输入/输出 (GPIO) 等。 强大的电压调节器，从 +12 v 汽车电池 获得相应的电源(如 5V) 包含物理层(如 LIN 或 CAN PHY)和 实际协议控制器 (SCI、MSCAN)的 通信接口对于最高级别的系统集成，还添加了其他与应用相关的模块，包括低边驱动器、高边驱动器、预驱动器、高压输入或其他模拟和高压模块，如图15所示。功耗电流消耗和能耗对于汽车燃油消耗、续驶里程、二氧化碳排放量等至关重要。随着每辆车的节点数的不断增加，电流消耗和能耗的重要性也在增加。除了在第4节讨论的低功耗模式和循环监测技术,分布

44、式执行器节点还实现了更智能的负载管理。例如，不使用电阻器而是通集成的价值评估集成的价值总是非常难。当然不仅仅是产品成本。例如，想象一下采用带有 Vreg、LIN PHY 等的嵌入式 MCU 的车窗升降系统，而不是传统的机电系统。确定集成的实际价值需要进行非常彻底的调查。例如： 减少了 BOM (减少了组件数量) 减少了 PCB 的大小 减少了设计所用空间 (通常由OEM进 行严格监管) 减少了尺寸、重量、线束和材料 使机械接口更简单 更可靠的设计 (例如，监测/监督电子 组件导致更简单的机械结构)还有一些不太显著、也不容易进行评估的间接节省，包括： 制造成本(需要安装的组件更少，与多 个 IC

45、 相比，需要的测试更少) 提高了质量 (减少了焊点和预测试的 子系统) 简化了物流(减少了零部件数量，也 减少了采购、订货、储存和跟踪工作) 更快的产品上市速度(预先设计的子系 统和软件变更，可满足新的最后的应 用需求)当所有这些元件都降低了系统成本时，对集成电路和围绕集成电路的机电一体化系统进行的集成便有了意义。除了纯粹的成本推动外，还有一些应用的空间非常有限，需要高度集成的IC，因此进行集成的价值是固有的。能够将所有必需的基本构件(包括强大的高压功能模块)集成到单芯片，并将LIN接口、Vreg 和 MCU 添加到一个单一的 20 mA RGB LED 以实现环境照明，开启了新应用的大门。过

46、电子控制电机来控制风扇速度，减少 了HVAC 鼓风机功耗。集成是最重要的设计工具之一，可满足现代汽车架构对机电一体化系统执行器和传感器节点不断增长的需求。同时，人们对计算性能和存储器的需求也在不断增加。需要带有 高达256 KB 闪存的高性能 16 位 MCU 才能满足这些应用需求。提高驾驶员的体验是汽车制造商的基本目标，这通常推动电气节点的增加，还会增加功耗。这种能源当然不是免费的，实际上，可能与燃油消耗直接相关：100W 电气功率 = 0.1 L / 100km如果还考虑到汽车的重量：50kg 重量 = 0.1 L / 100km这两个因素都表明，为何要提高燃油效率，就需要最大限度地减少电

47、能消耗和 ECU的重量。考虑到其他因素，例如立法和扩大电动汽车的推广范围等愿望，功耗显然是现代汽车设计的一个重要方面。如图16所示，由于燃油成本的长期走势，汽车任何可以降低燃油消耗的方面都变得异常重要。4. 功耗Pence per litre00602003200420052006200720082009201020112012PetrolDieselLogic - Dynamic PowerLogic - Static PowerMemory - Dynamic PowerMemory - Static PowerPower mW8,0007,00

48、06,0005,0004,0003,0002,0001,00020062006200720082009200001920200Power RequirementPower TrendRUN0RUN1RUN3新兴的低功耗架构满足不断变化的汽车业的性能要求需要投资于未来技术，但这些技术会为系统设计人员带来许多挑战，包括应对功耗增加问题。 尽管每个技术步骤都有助于设备以更快的速度满足客户的期望，但它也需要一种创新的思维方式来解决功率危机。设计人员必须在更严格的功率预算内满足对更多功能、提高安全性和更快的性能以及区别于竞争对手的独特性、

49、减少重量、降低成本的需求。图17反映了日益增加的对功率的需求。转变思维方式过去，系统的所有元件都活动并上电，以满足驱动器的需求。然而，许多电气节点增加了设计复杂性，从而大大增加了系统的功率需求。开始在该行业普及的基本原理包括：在任何特定的时刻只为绝对最少数量的节点供电。来自于部分联网、虚拟联网的技术以及完全分布式集成节点的超级节点发展势头正劲。MCU 和分布式集成传感器和执行器必须支持这些新兴协议，此外，还需具有独特的方法，以便在这个具有挑战性的领域进行竞争。MCU和分布式集成传感器/执行器的电源模式先前的MCU只包含两个基本状态：即 ON或OFF。先进的MCU技术允许用多种工作模式解决功耗问

50、题。如图18所示，如今的 MCU 工作模式包括：RUN模式：传统的全执行模式，通常是功耗最高的模式HALT模式：对所有MCU元件都供电，对主要元件进行了时钟门控STOP模式：对所有MCU元件都供电，只有子集在运行。BYPASS模式：只对少数子系统供电，对设备的主要部分进行电源门控测试等特殊模式图16：英国燃油价格图17：到2020年的电力趋势系统模式软件请求可恢复的硬件故障低功耗模式不可恢复硬件故障重置安全省电模式停止备用唤醒测试硬件触发的转换软件触发的转换用户模式图18：各种工作模式实现最佳MCU功耗信息来源 : 英国能源与气候变化部信息来源 : International Technolo