六大汽车MCU公司如何布局软件定义汽车？

汽车行业正在从传统汽车向软件定义汽车（SDV）转变。软件定义，是将传统的硬件依赖性任务转移到软件上，以实现更灵活、可编程和自动化的解决方案。预计到2030年，软件预计将占新车价值的50%。

对于消费者来说，软件定义汽车能够带来的最大好处将是更高的安全性、便利性和性能——以及不断提升的驾驶体验。对于整车厂来说，软件定义汽车能够带来的最大好处将是在汽车整个生命周期中与驾驶者建立更加紧密的关系，实现品牌驾驶和体验的差异化。

最直观的体验是，作为系统的数字核心，MCU将进行巨大革新，以适应软件定义汽车的未来，这其中的关键是由功能域架构（Domain）向区域架构（Zone）的转变。

如今软件和硬件的迭代周期不同，且软件迭代越来越快，传统开发模式已经等不及硬件的更新了。而通过区域架构的设计，可以促进软硬解耦，区域架构将推进传感器与执行器等标准化、通用化，从而在多个平台车型复用，而位于中央计算平台的软件可独立于硬件快速迭代，以满足软件定义汽车时代功能的快速开发。

此外，区域架构还可以减少ECU的数量和线束的长度。这种硬件的便利性降低了车辆电气架构的复杂性及设计验证周期。区域架构将使OEM在中央计算平台上具有高层级软件的主导控制权，包括OTA(Over-the-air)，FOTA(Firmware-over-the-air)以及车联网及自动驾驶，从而促进OEM向面向服务的架构SOA转型。

这些演进及挑战，将对MCU开发带来大调整，不只是域控，也给包括网关、节点等领域带来了不少挑战，从延迟到安全性，从处理到可扩展性，方方面面的革新。    

以下我们就来盘点一下六大MCU/SoC车厂对于软件定义汽车的理解和布局。

英飞凌AURIX TC4可以说是集大成的MCU，适用于下一代eMobility、ADAS、汽车 E/E 架构和人工智能（AI）。

AURIX TriCore 在单个MCU中集成了一个RISC处理器内核、一个微控制器和一个DSP。基于TriCore 的产品在汽车中的应用非常广泛，包括内燃机控制、纯电动和混合动力汽车、变速器控制单元、底盘域、制动系统、电动转向系统、安全气囊、联网和高级驾驶辅助系统，并推动着自动化，电动化以及网联化的发展。

基于可扩展的系列概念，TC4x可以提供多达 6 个锁步（LS）的 TriCore1.8 内核，在高达 500 MHz 的主频下同步运行，带来了 TC4x 性能的飞跃。配置不同大小的 NVM，满足各类应用要求，且支持零停机时间 SOTA。

片上集成的并行处理单元（PPU；矢量 DSP 协处理器）大大减少了基于模型的复杂算法所需要的计算时间，实现了符合 ASIL-D 安全等级要求的边缘人工智能（AI-on-the-edge）。新增加的基于转换器-数字信号处理器（cDSP）的滤波器让 ADC 信号的灵活数字处理成为可能。

TC4x 的实时控制功能得益于其增强的定时器（eGTM）、高分辨率 PWM 和优化的 ADC，并通过现有的低延迟互连总线（LLI）实现三者间的通信。 AURIXTM TC4x 将符合最新的信息安全 ISO/SAE 21434 和功能安全 ISO 26262 标准。这一前沿的安全概念解决了快速安全通信的性能瓶颈，并支持后量子加密处理。量子攻击正在对目前所使用的加密方式构成威胁，而 TC4x 则加强了对量子计算机攻击的保护。虚拟机管理软件和虚拟机保障了多个软件应用程序的安全隔离，并确保其互不干扰（FFI）。

最后，借助数据路由引擎（DRE）和高速通信接口，如5Gbps以太网、PCIe、10BASE-T1S以太网和CANXL，TC4x广泛且可拓展的连接功能也为汽车E/E架构的进一步升级提供了空间。

另外，英飞凌还有多款MCU应用于汽车中。

Auto PSoC - 可编程片上系统，集成了英飞凌一流的电容式感应技术，适用于汽车内部要求严格的人机界面 (HMI) 应用以及电池管理系统 (BMS) 等外部应用，以及 ARM Cortex-M0/M0+ CPU、闪存和内存。可编程模拟前端带有 ADC、运算放大器、低功耗比较器以及数字模块和各种通信接口（如 SENT、LIN、CAN 和 CAN FD），可提供集成度高、占用空间小的单芯片智能传感器。    

TRAVEO T2G 适用于汽车车身电子以及仪表盘的应用。该系列微控制器内置于单个 Arm Cortex- M4F 和双 Cortex- M7F 中，具有强大的处理能力和网络连接能力，在 Traveo T2G 中可将性能提升至 1500 DMIPS。该系列还提供了跨内存大小和引脚数的可扩展性。IP 兼容性使客户能够使用单一平台 MCU 解决方案设计和开发他们的系统。 Traveo T2G 设备具有先进的安全功能，引入了 HSM（硬件安全模块）、用于安全处理的专用 Cortex-M0+ 和双存储体模式的嵌入式闪存，以满足固件空中更新 (FOTA) 要求。

应对软件定义汽车，恩智浦直接推出了名为S32 CoreRide的平台，不仅汇集了恩智浦成熟的S32计算、网络、系统电源管理技术，还整合了来自恩智浦广泛的软件生态合作伙伴的可立即部署的软件，包括中间件、操作系统和其他软件。恩智浦CoreRide平台优化集成流程，提升可扩展性，消除开发中的繁琐障碍。

恩智浦汽车平台全部转换成了S32，涵盖从90nm到最新5nm的S32N。

S32N处理器配备了先进的硬件安全引擎和多端口以太网交换机，同时提供以太网数据包加速、AI/ML加速以及高性价比的PCI Express计算间通信服务。S32N55处理器在安全、集中、实时汽车控制方面表现出色，实现这种控制需要高性能、确定性计算能力来支持最高级别的功能安全。通过软件定义的硬件强制隔离，S32N55可以承载数十种具有不同重要性级别的汽车功能，同时避免不同功能间的干扰。 

汽车动力系统、底盘控制、车身和其他核心汽车功能一直作为独立的电子控制单元（ECU）实现，每个单元都有自己的微控制器和布线。现在，多种汽车功能可以安全地整合到具有多个隔离执行环境的S32N55处理器中，突破SDV集成障碍。

瑞萨目前全面的车规级MCU组合，涵盖高中低不同应用。顺道这里辟谣一下前几天炒作瑞萨要退出RH850市场，实际上瑞萨一直以来都将RH850用于区域/域微控制器的主力产品，且延伸到了多领域，也有产品演进的路书。

值得一提的是，今年11月，瑞萨与尼得科率先在全球范围内推出用于电动汽车（EV）驱动电机系统（E-Axle）的“8合1”概念验证（PoC）方案——通过单个微控制器（MCU）即可控制八项功能，该产品正是采用了瑞萨的RH850/U2B。

除尼得科的电机和齿轮外，该PoC中的功能还包括瑞萨的逆变器（输出功率70至100kW，最高效率可达99%或更高）、1.5kWDC/DC转换器、6.6kW OBC、配电单元（PDU）、电池管理系统（BMS）以及汽车PTC加热控制器。    

不过，瑞萨第5代R-Car产品家族将会发生重大变化，均围绕基于Arm内核的计算引擎构建，包括高性能64位SoC、32位跨界MCU、和比同类性能更佳的16位MCU。根据瑞萨的规划，“将带来更多基于Arm内核的32位MCU，具备GHz级实时吞吐量、快速启动性能，和嵌入式非易失性存储器，可管理用于域和区域控制应用的电子控制模块。此外，这些产品还包括一个扩展的“跨界”选项，可填补 SoC与传统32位MCU间的性能差距。”

瑞萨最近推出了R-Car X5系列，单个芯片可同时支持多个汽车功能域，包括高级驾驶辅助系统（ADAS）、车载信息娱乐系统（IVI）以及网关应用在内的多个车载应用。备受期待的R-Car X5H SoC作为R-Car X5系列中的首款产品，采用先进的3nm车规级工艺，拥有高集成度与出色性能，推动OEM和一级供应商向集中式电子控制单元（ECU）的转型，简化开发流程，打造面向未来的系统解决方案。得益于其独特的硬件隔离技术，瑞萨R-Car X5H SoC成为业界率先在单个芯片上实现同时支持多个车载功能域的高度集成及安全处理的解决方案之一。此外，这款全新的SoC还提供通过Chiplet（小芯片封装）技术扩展人工智能（AI）和图形处理性能的选项。

Car X5H直面在软件定义汽车（SDV）开发中日益增长的复杂性难题，可克服包括优化计算性能、功耗、成本、硬件和软件集成在内的相关挑战，同时确保车辆安全。通过在单个芯片上紧密结合应用处理、实时处理、GPU和AI计算、大型显示功能和传感器连接功能，使得自动驾驶、IVI以及网关等应用提高到一个新的级别。    

全新SoC系列实现高达400TOPS的AI算力和业界卓越的TOPS/W性能，同时支持高达4TFLOPS的GPU处理能力。其搭载总计32个用于应用处理的Arm Cortex-A720AE CPU内核，提供超过1,000K DMIPS的CPU算力。产品还配备6个Arm Cortex-R52双锁步CPU内核，实现超过60K DMIPS的性能，无需外部微控制器（MCU）即可支持ASIL D功能。该系列SoC采用台积电最先进的工艺节点之一制造，在达到更高CPU性能的同时，功耗却比5nm工艺节点设计的产品降低30-35%。

ST将同时发展两大支柱，应用于汽车MCU中。

ST最新一代汽车微控制器是Stellar系列，涵盖了从低端到高端解决方案的整个汽车MCU领域。这些先进的微控制器降低了复杂性，确保了安全性，并为下一代汽车架构和功能提供了最佳性能和效率。客户可以从更短的开发时间中受益，并专注于在这个竞争激烈的市场中为其软件定义汽车(SDV)带来创新和差异化。Stellar系列针对电气化进行了优化，包括X-in-1车辆运动控制计算、新车辆架构、分区和域以及用于ADAS等安全关键子系统的安全MCU。

Stellar通过将多种功能安全地集成到单个设备中并允许在车辆中不断集成新功能，全面支持汽车转型。这得益于Stellar多项关键技术的选择，包括内核技术、虚拟化、以太网支持和内存。

Stellar MCU 基于Arm  Cortex  -R52+ 技术。这款高性能处理器为时间关键型安全系统提供实时虚拟化支持。它可以同时运行多个应用程序，不受干扰。而且由于完全可编程的辅助内核，可以加速特定功能，例如路由、低功耗管理、数字滤波，同时卸载主内核。

Stellar P专为集成多种功能而设计，而Stellar G则用于实现软件定义汽车 (SDV) 区域控制器，这两个系列都利用了 ST 内部开发的 eNVM。它们基于 28nm FD-SOI 技术构建，使其能够以更低的功耗和增强的辐射抗扰度实现最大频率。

Stellar MCU 具有嵌入式相变存储器(PCM) 技术及其灵活性，彻底改变了OTA的过程。在汽车行业，OTA 更新对于在无需物理干预的情况下添加新功能和安全补丁至关重要。然而，这种灵活性通常需要仔细考虑未来的内存需求，这可能会导致成本增加和规划复杂化。

ST 的 PCM 创新不是普通的内存。它不仅是业界最小的汽车 MCU 内存单元，而且开创了汽车领域的变革性突破，并将重新定义汽车软件的可能性。

此外，PCM 还支持不间断的 OTA 更新。PCM 可以安全地存储更新，而不会影响车辆的当前运行。得益于并发读写功能，新软件下载不会干扰 MCU 上已运行的应用程序代码，从而确保更新过程中的持续性能。

STM32A则是将成本优化、简单性和可靠性而广受认可业界流行通用MCU延伸至汽车级，具有汽车级质量和安全性，将达到 ASIL B 标准。该平台将设计用于处理边缘驱动，从最简单的功能到更复杂的单个任务，所有这些都以优化的成本完成。它将特别适合汽车系统中的电机控制等应用，包括车窗、后视镜和车顶。

德州仪器表示，在单个区域模块中集成不同的逻辑 I/O 功能（包括控制环路），意味着该模块要满足每个 I/O 功能的各项要求，从而产生这些针对 MCU 的特定要求。

• 高实时性能

• 大量的程序和数据存储器

• 通过虚拟化为具有不同汽车安全完整性级别的功能提供混合重要性支持

• 面向主干的高速通信接口

• 多个低端通信外设（例如 CAN FD 或 LIN）实例，用于连接智能传感器和执行器

为了满足这一多样化的要求，MCU需要支持区域模块驱动的要求。同时，TI 提供具有足够实时功能的异构片上系统SoC，例如 DRA821 或 AM2x 嵌入式处理器，此类 SoC 可以在经过优化的区域MCU推出之前弥合这一差距。    

另外，TI最近也推出了64位C29x内核，将汽车电机和电源控制系统中常用的C2000提升到了64位。C29 内核的创新包括:    

重新设计的平台：VLIW 架构与全面保护式流水线结合，支持并行执行最多八条指令。

新编译器：通过基于 LLVM/Clang 的编译器提升性能

重新设计的中断性能：硬件支持实时中断的快速自动背景保存和恢复。新的中断控制器

增强的平台性能：采用低延迟存储器和外设互连设计，具有内置功能安全和信息安全机制

C29x极大提升了处理性能和安全，实现DC/DC以及主机的多合一集成式架构、多电机的牵引逆变器等适配区域控制特性的MCU。

近两年新推的MSPM0的车规级产品，同样也是应用于边缘驱动，补充区域架构的节点覆盖。

经过AEC-Q100认证的MSPM0，可应用于包括门窗、座椅加热、车载充电器、显示屏旋转控制等领域。

Microchip今年推出了dsPIC数字信号控制器系列新内核，dsPIC33A系列的先进内核采用32位CPU架构，运行速度为200 MHz，包括双精度浮点运算单元和 DSP 指令，适用于许多闭环控制算法中的数值密集型任务。

dsPIC33A DSC经过优化改进，数学和数据处理能力更强，代码效率更高，上下文切换更快，延迟更短。这种更低的延迟可加快对瞬态和安全关键事件的响应速度。新外设和升级外设（如专为电机控制和数字电源转换设计的高分辨率PWM）旨在支持汽车、工业、消费、电动出行、数据中心和可持续解决方案等各种市场的渐进式技术开发。

dsPIC33A器件系列具有闪存安全功能，包括不可变信任根、安全调试和受限内存访问。DSC的指令集架构（ISA）支持采用基于模型的设计生成的软件代码，从而简化了代码生成。dsPIC33A DSC功能全面，非常适合需要高效电机控制的风扇、泵和压缩机应用；它们还能管理人工智能服务器和电动汽车车载充电器等应用的数字电源转换，并支持工业和汽车应用的传感器接口。

软件定义汽车的基础是区域架构，这就要求需要新的解决方案来克服配电、传感器和执行器以及数据通信方面的挑战，其中处理器是一个关键要素。

无论如何，解决方案并不会同时突然出现，而是在不断地发展演变，并随着时间的推移在商机成熟时引入变化，尽可能降低因太早推出所造成的风险。

车身域及其许多分布式执行器和传感器ECU将是最先移至区域架构的一些域，即将传感器、执行器、区域模块和数据链路的理想标准化组件组合在一起。这种方式下，对于汽车MCU厂商而言无疑是一项重要挑战。

甚至当软硬件解耦之后，汽车MCU的开发模式也将发生改变。我们也看到今年几大MCU厂商的创新，无论是更高性能、更高安全、更丰富的产品组合与路书，并且开发文档更为丰富，甚至引入了更流行的虚拟开发方式，这些都是为了加速区域架构开发所必须的。