汽車新四化進程不斷推進，汽車電子產業將迎來發展黃金期。

據 IC Insights 預測，車規級 MCU 芯片銷售額將在 2020 年接近 65 億美元，隨后在 2021-2023 年器件漲幅逐步加大，2023 年銷售額將達到 81 億美元。

而就目前來看，全球 MCU 市場由瑞薩、恩智浦、英飛凌、Microchip、賽普拉斯、意法半導體等國外半導體廠商主導，同時高通、英偉達、英特爾等消費電子巨頭也在極力進入這一領域，相較之下，起步較晚、技術薄弱的國產車載 MCU 廠商處于弱勢狀態。

前不久，一篇《為何國產車載 MCU 發展長路漫漫？》描述了國產車載 MCU 的現狀與困境，從設計研發到生產良率再到車規級測試及認證等都是擺在眼前的難題，國產車載 MCU 長路漫漫，仍在追趕階段。

近日，四維圖旗下全資子公司 AutoChips 杰發科技車規級 MCU 產品線又添重量級新成員——AC7801X，這是繼 2018 年底推出首顆車規級 MCU 芯片 AC7811 之后，又一顆國產 32 位 Cortex-M0+車規級 MCU 芯片，旨在進一步拓寬國內車身控制領域的市場份額。

據介紹，AC7801x 系列 MCU 符合 AEC-Q100 規范，適用于汽車電子和高可靠性工業應用，主要用于電控領域。在汽車上可廣泛適用于天窗、車窗、座椅、ETC、LED 車燈、雨量傳感器以及倒車雷達等。

從芯片架構圖看到，AC7801x 系列芯片基于 ARM Cortex?-M0+內核，運行主頻 48MHz，最高 128KB Flash，最高 20KB RAM，供電電壓支持 2.7~5.5V，具備出色 EMC/ESD 能力，能夠適應更惡劣的環境，溫度范圍： -40 to 125℃；支持 LQFP48、QFN32、TSSOP20 三種封裝類型。

在通信模塊，本系列芯片支持 2 路 SPI、2 路 I2C、支持 1 路 CAN-FD，兼容 CAN 2.0B、支持 3 路 UART、支持 2 路 software LIN。

AC7801x 系列芯片具備強大的拓展能力，成熟完善的 ARM 架構及生態配置；先進的 CAN-FD 滿足未來高帶寬總線拓展需求；產品適配 AUTOSAR 功能；大容量 Flash/RAM、豐富的外設接口可充分滿足客戶個性化及擴展需求。同時 AC7801X 具有絕佳的性價比優勢，推動傳統車身包含的大量 8 位 /16 位 MCU 升級換代，助力汽車電子化跨越。

相比消費 / 工業級 MCU，車規級 MCU 優勢體現在哪些方面？

車規級 MCU 相比消費級和工業級產品，在溫度范圍、穩定性、生產良率、生命周期以及認證流程等方面存在明顯差距。

溫度范圍：車規級 MCU 需要寬工作溫度范圍。MCU 需要在 -40℃~125℃范圍內各個模塊均可以正常工作，例如內置的 EEPROM 可以在高溫下保證足夠高的擦寫壽命；MCU 內有著大量的模擬器件，需要保證這些器件在全溫范圍內的一致性，包括 ADC、時鐘、內部參考電壓、運放比較器失調電壓等。

穩定性：器件的抗干擾性能要求極高，包括抗 ESD 靜電，EFT 群脈沖，RS 傳導輻射等，MCU 在這些干擾下能夠做到不損壞、不死機、不復位。

生產良率&生命周期：車規級 MCU 產品的批量一致性。如何把產品的不良率做到 1PPM，甚至更低。這對芯片公司的設計和品控都是一個非常大的挑戰，設計時需要考慮如何降低功能和性能上的理論偏差，品控時測試要周密全面。產品使用周期要達到 15-20 年，技術難度遠大于消費電子類芯片。

認證流程：汽車芯片落地之所以耗時較長，究其原因在于認證流程。芯片進入汽車領域，必須通過兩個認證：第一個是由北美汽車產業所推出的 AEC-Q100（IC）、101（離散元件）、200（被動零件）可靠標準；第二個是要符合零失效的供應鏈品質管理標準 ISO/TS 16949 規范中的 ASIL 安全等級。ASIL 安全等級規范了汽車電子中具體器件的安全設計要求，根據不同的控制場景，需要滿足不同的等級規范，以提高器件的容錯率和故障診斷覆蓋率。每一環節都需要反復測試驗證，即使發現一顆產品有問題，也必須從頭到尾盤查，找到根本原因并采取有效方案。

與國外同類別車載 MCU 對比，有哪些創新和亮點？

國內 MCU 行業整體起步較晚、技術較薄弱，在品牌、產品穩定性、供貨能力以及產業鏈協同等方面存在不足。但本土車規級 MCU 產品在追趕和模仿中也逐漸表現出新的亮點。

口說無憑，我們來與國際大廠同類別 MCU 來進行一下比較：

恩智浦 KEA 系列 32 位 MCU 是 Arm 生態合作體系的入門級產品，低功耗 Arm Cortex-M0+內核和 8–128 KB 的嵌入式閃存；具備出色的 EMC/ESD 兼容性，能夠適應高溫環境，并且輻射排放較低；提供可擴展、穩定可靠的高性能解決方案，適用于質量要求和長期供貨保證要求都很高的汽車和工業應用。

通信接口方面，KEA 系列芯片支持 2 個 SPI 模塊、3 個 UART 模塊、2 個 IIC 模塊及 1 個 CAN 模塊。

杰發科技 AC7801x 系列 MCU 與恩智浦（原飛思卡爾）KEA 系列相比來看，兩者在大部分功能模塊與性能參數方面相差無幾。在通信模塊部分，AC7801x 存在一定優勢，支持多種通信接口，從而能夠通過不同的傳輸速率和性能負荷等而滿足更多的應用場景。

下面來介紹一下 AC7801x 系列 MCU 在通信接口方面的升級：

·CAN 過渡到 CAN FD

CAN（Controller Area Network）是控制器局域網絡，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。 在北美和西歐，CAN 總線協議已經成為汽車計算機控制系統和嵌入式工業控制局域網的標準總線。

隨著新能源汽車、自動駕駛技術的快速發展，對于 ADAS 和人機交互需求的增加，CAN 總線在傳輸速率和帶寬等方面越來越顯得“力不從心”，經典的 CAN 總線通訊已跟不上當下的數據量需求。因此 CAN FD 應運而生，以滿足車載網絡日益提高的帶寬和數據速率靈活性的要求。

CAN FD 是一種基于傳統 CAN 總線標準而構建的通信協議，與傳統 CAN 相比，數據傳輸率提高 5 倍，數據有效負荷增加 8 倍。從之前的 1Mbps 升級到了 5 Mbps 的最大數據傳輸速率，支持高達 64 字節的有效負荷。

CAN FD 在兼容性上也比較優秀，CAN FD 可以向下兼容 CAN，但 CAN 不能向上升級。此外，CAN FD 還改善了錯誤幀漏檢率，被視為是下一代主流汽車總線系統。

從需求上來看，2019 年以前，對 CAN FD 的需求還沒有那么高。但 2019 年后，CAN FD 整體需求突然上升，主要原因是新能源汽車以及自動駕駛的爆發，兩個方面產生的數據量非常大，傳統 CAN 傳輸數據是達不到的，因此需要升級 CAN FD 來傳輸。

·CAN VS 以太網

提到 CAN 總線又很難繞開以太網，兩者圍繞在車載領域進行總線之爭。

以太網作為一種標準開放式的網絡，傳輸信號相較于 CAN 總線有著傳輸速率高、傳輸距離長等優勢，而且技術相對成熟，掌握的人也比較多。但目前僅僅是用于汽車傳輸雷達、視頻等高速信號部分，為什么一輛車沒有全用以太網總線通信呢？因為相比以太網，CAN 總線也存在一定的優勢。

網絡安全性：從網絡的連接來看，CAN 總線通過物理信號來進行連接，以太網則是交換機連接。在以太網連接中交換機是必要的，一旦交換機出現問題整個網絡都將崩潰，整個網絡的安危依靠交換機來承擔，存在較大的風險，而若是設置冗余備用又要增加許多成本。相比之下 CAN 總線的結構簡單，簡潔而穩定。而且以太網采取超時重發機制，單個節點的故障很容易擴散到整個網絡，相較于 CAN 總線的分級仲裁制度遜色了不少。對于汽車網絡安全層面來講，CAN 總線更為適合。

成本決定：在上述安全性上提到了交換機。以太網網絡交換機的存在必不可少，而現代汽車擁有越來越多的網絡節點，若是全采用以太網進行通訊勢必需要一個或幾個超多接口的交換機，將會帶來成本的大幅增加。

軟件穩定性：以太網作為一種標準開放式的網絡系統兼容性和互操作性好，資源共享的能力強，可以很容易的完成信息和資源的共享操作。然而，另一方面也增加了軟件的不穩定性，降低了網絡入侵的作案成本。相對而言 CAN 總線是一個專用的現場總線，軟件穩定性較高。

上面大概介紹了 CAN 總線和以太網兩種網絡方式的優勢和不足，綜合兩者特點，就目前技術而言，車載以太網為主干，CAN FD 作為子系統的通訊方式較為可行，這樣既保留了 CAN 實時、安全的特性，又能夠提升通訊速度與傳輸距離，同時還保證了成本的控制，是當前階段的最佳選擇。

·UART-LIN（UART 實現 LIN 通信）

在 AC7801x 芯片框圖中可以看到，支持 3 路 UART 之外，還支持 2 路 UART-LIN，UART-LIN 又是什么呢？

UART：通用異步收發器，它不是像 SPI 和 I2C 這樣的通信協議，而是 MCU 中的物理電路或獨立的 IC，是一個微控制器外設，主要用途是發送和接收串行數據。現在幾乎每個 MCU 都標配 UART，主要的功能是用來跟上位機連接的，以便讓上位機對其進行調試或者執行簡單的數據通信，比如顯示一下狀態、傳遞幾個命令等。UART 雖然速率比較低，但不可或缺。

而 UART-LIN 是 LIN 總線（Local Interconnect Network）基于 UART 數據格式的低成本串行通訊協議。

LIN 總線是針對汽車分布式電子系統而定義的一種低成本的串行通訊網絡，采用單主控制器 / 多從設備的模式，是 UART 中的一種特殊情況。LIN 網絡在汽車中一般不獨立存在，通常會與上層 CAN 網絡相連，形成 CAN-LIN 網關節點，為 CAN 總線網絡提供輔助功能。

由于 CAN 總線成本較高，處處都用 CAN 總線的話，整車的總線架構成本將會變得很高。因此，在一些對網絡的帶寬、性能或容錯功能沒有過高要求的應用（智能傳感節點，如車窗、后視鏡、大燈、車鎖等），在不需要 CAN 總線的帶寬和多功能的場合，可以使用 LIN 總線來節省成本。

LIN 總線采用的是單線傳輸形式，應用了單主機多從機的概念，總線電平一般為 12V，傳輸速率最高限制為 20Kbit/s。由于物理層的限制，一個 LIN 網絡最多可以連接 16 個節點。

LIN 的特點

網絡由一個主節點與若干個從節點構成；

使用 LIN 總線可以大幅度削減成本；

傳輸具有確定性，傳播時間可以提前計算；

LIN 具有可預測的 EMC（電磁兼容性）性能，為了限制 EMC 的強度，LIN 協議規定最大傳輸速率為 20kbps；

LIN 總線提供信號的配置、處理、識別和診斷功能。

LIN 總線與 CAN 總線是汽車上重要的兩種總線，其中 LIN 總線在車身電子（BCM）的設計中運用廣泛，也是 ECU 設計中一個重要的部分。

對于 LIN 總線的發展前景，知乎某汽車工程師 Rechuin 表示，在很多整車廠中大燈模塊都是掛在 CAN 線上的，隨著原來對網絡帶寬、性能沒有過高要求的應用功能性增強（如大燈隨動轉向自動調節等一系列功能的增加），LIN 逐漸不能滿足通信需求，所以開始轉向 CAN 總線是個很好的選擇。

此外，某車聯網終端產品經理張揚也認為，LIN 慢慢將會被淘汰，一方面因為 CAN 成本越來越低，無論從開發費用還是單件價格比 LIN 節點都貴不了多少；另一方面 LIN 速度太低，幾乎沒法做 OTA（Over The Air，空中下載）升級。

結語

隨著國際貿易摩擦不斷升級，對國內車企引入國外核心技術及核心零部件都增加了障礙。但嚴峻的形勢也為中國汽車行業提供了機會，勢必加速中國汽車芯片產業的發展，加快自主研發和創新的步伐，汽車芯片國產替代迎來了歷史機遇。

車載 MCU 作為汽車芯片中的核心產品，未來將與其他自主設計的汽車信息娛樂系統 SOC、MEMS、模擬器件產品線形成有效聯動，助力汽車“新四化”，不斷推動國產芯片自主化進程。

AutoChips 杰發科技在內的本土企業，在推動自主化進程的路上已經邁開了步子。
責任編輯：tzh