近二十年来，汽车中的半导体电子元器件身分及繁芜程度一贯呈增长的趋势。据统计，目前汽车中90%的新发明都与电子器件的利用直接干系。某些欧洲高档车型（如BMW7系列）中的电子掌握单元（ECU）已多达80个以上。这些ECU依赖网络相互通讯联系，形成一个弘大繁芜的系统。它们的事情情形，直接影响到汽车的性能。众所周知，每个ECU中一样平常至少有一个“大脑”——单片机。这些单片机的性能、功能和可靠性，对ECU能否正常事情是至关主要的。
汽车动力总成系统是指车辆内部产生动力并传输这些动力的所有部件的总称，其紧张部分包括发动机系统及动力传输系统。动力总成系统ECU的设计之难是公认的，因此，关注这个领域涌现的新问题以及它们给单片机所提出的寻衅并找到有关对策，就显得意义重大。
系统性能的连忙增加
当前，环球汽车工业面临的主要课题是如何不断地降落汽车油耗、减少排放以及进一步提高其驾驶性能。要做到这些，就哀求ECU，特殊是用于发动机管理系统（EMS）中的ECU具备运算能力越来越强大的单片机，以完成软件中各种繁芜的算法和掌握及实现各种硬件功能。
以英飞凌（Infineon）单片机的演化为例，显示了汽车用单片机30年中运算性能的发展趋势及同一期间均匀油耗和排放的变革情形。从该图中可以清楚地看到单片机的运算性能在同样本钱的根本上以每年30%~60%的速率增加，而车辆的均匀油耗则呈不断低落的趋势，这在目前国际油价居高不下的形势下显得更故意义；同时更严格的排放标准逐一出台。目前，欧洲各汽车厂正在为所有2009年9月后出厂的新车能知足EURO5排放标准而紧锣密鼓地做准备。
汽车动力总成系统的运用领域的ECU，根据其用场大致可分为五大类：一是赞助型系统（Auxiliary Subsystem），如变速器掌握或发动机散热掌握模块；二是经济型系统，如某些低档1~4缸的汽油EMS或摩托车EMS；三是基本型系统，如3~5缸的汽油EMS，稠浊型燃料的摩托车EMS；四是主流型系统，如4~8缸的汽油EMS和4缸柴油EMS；五是高档型系统，如6~12缸的柴油EMS及直喷型汽油EMS。
可以预见的是，在今后五年内，除了第一种种别外的所有其它系统中的单片机的运算性能及片内存储器都会大致按照“摩尔定律（Moore’s Law）”增加。虽然对输入/输出口及定时器数量的需求不会有大的变革，但来自传感器的数字输入会增加，同时，须要更快速、精确度也更高的模数转换器单元。
每个动力总成系统种别有各自的特点及市场定位，其所用的单片机的运算性能和片内存储器的大小也不同。赞助型系统将由于其安装办法的不同和更多机电一体化（Mechatronization）的情形涌现而变得更多样化，但所用的单片机的运算能力将变革不大，仍在10~40MIPS（注：指单片机系统总的有效数据传输速率而非内核本身仅有的数据处理能力，下同）之间，其内部存储器的大小一样平常会小于0.5MB。
经济型系统紧张是用于摩托车或新兴市场（如印度）的微型汽车，其单片机的运算能力及内部存储器分别增加到约80MIPS及768KB旁边。
基本型系统将承受由产品商品化引起的本钱压力，低本钱小型汽车的遍及更加印证了这一趋势。在这一种别中，单片机的打算能力和内部存储器会增加至90MIPS及718~1024KB旁边。
主流型发动机系统以优化的系统本钱及可升级性（Scalability）为紧张特色。由于软件标准化的哀求（如AUTOSAR的采取）及一些高端功能在这类车型中被更多地利用，所须要的单片机的运算性能也需大幅提高。此外，由于该类系统被用在多款车型中，其单片机内部需携带更多的存储器。这种类型系统中的单片机的运算能力和内部存储器的容量将从目前约160MIPS及1.5MB分别增加到5年后的260MIPS及2MB~4MB的大小。
在高档型发动机系统中，单片机的运算性能是至关主要的，估量会从目前的250MIPS增加到500MIPS，而同时内部存储器大小也会将从目前的2~4MB增加到4~5MB，在个别系统中乃至可达8MB。这么高的运算性能和存储容量如光靠一个单片机来完成，会面临设计高度繁芜、制造本钱昂贵、内部总线传输能力限定，乃至是芯片散热困难等一系列问题。因此将来在这类ECU的设计中，会采取多核心（Multiple-core）或多单片机的办法来分散打算任务和产生的热量。
系统本钱降落的压力
目前天下汽车业整体产能过剩是个不争的事实，汽车零部件市场的竞争也趋白热化。在这种形势下，如何降落系统的开拓和制造本钱，成了每个ECU设计师所面临的另一个难题。
软件开拓的本钱在总开拓本钱上所占的比例越来越高。如图2所示，从2000年到2010年间，汽车软件市场以每年15%的速率增加。而与此同时，汽车半导体的市场增长率只有6.5%。估量到2020年，汽车总本钱中的13%为其软件本钱。软件在系统中的浸染越来越主要，其繁芜性也日益增加，但同时由于对软件的规范也越来越严格，必须用更多的精力把来自不同开拓者的软件集成在一起，或将软件加以改造以适用于某个整车厂特定的运用环境及硬件平台，这些事情增加了本钱。软件标准化将有助于减少这些本钱。AUTOSAR便是在这一形势下形成的一个跨国组织。其会员包括了环球险些所有的紧张汽车生产商、一级及二级零部件供应商及软件工具的开拓商。该组织的宗旨是通过不断的改进软件模块的重复利用性和可交流性来更有效地管理由于电气/电子系统构造高度集成化所带来的繁芜性，从而有效地降落开拓本钱。
AUTOSAR的详细履行方法是天生符合一定标准的“根本软件（Basic Software）”平台，这种平台独立于任何特定的单片机硬件构造。英飞凌32位单片机TC1766当选为验证AUTOSAR标准的32位单片机构造。
随着AUTOSAR逐渐被汽车界所接管，单片机的制造商必须采纳适当的策略来支持这一标准。除了设计新产品时加入某些硬件上知足其标准的功能，如更大Flash来放置更大的程序，更大的RAM来放置增多的变量及专门的存贮器保护单元（MPU）外，单片机制造商也须要在硬件推出的同时，向顾客供应单片机运用层（MCAL）所用到的底层驱动软件，并且与软件工具的开拓商紧密互助，以供应能产生全套“根本软件”的程序包（Suite）。
除了通过标准化来降落软件本钱外，有许多降落硬件本钱的方法被逐渐采取。方法之一是由软件来实现原来必须靠硬件来实现的功能。例如，英飞凌的32位单片机TC1796所具有的高速模数转换单元及强大的DSP打算能力，可以用来实现发动机掌握系统中的爆震检测和掌握（Knock Detection and Control）。这种方案既节省了昂贵的ASCI硬件，又可将同一ECU用于多种传感器、发动机及车型中，而且避免了因硬件本身老化或由温度变革而引起的偏差，同时也增强了对旗子暗记的诊断能力。这种用软件来代替硬件来实现某种功能的方法，也对单片机的运算能力提出了进一步更高的哀求。
由于半导体器件集成度的不断提高，ECU的尺寸可望做到越来越小，这样就为采取全新的安装办法供应了可能性。例如将ECU直接放到发动机机舱或变速箱中；或采取所谓“机电一体化”的观点，直接将ECU安装在发动机冷却风扇系统中或涡轮增压装置上。这种办法，不但有可能节约硬件本钱，还可能因此使机器和电子部分的零部件采购合二为一，从而改变汽车零部件的供货模式，为供货环节的优化供应条件。但是，在这种新的安装办法下，ECU所处环境的温度每每会更高，乃至超过一样平常汽车用单片性能承受的最高125℃的温度，能耐更高温的单片机因此就显得很主要。英飞凌最新推出的XC866HOT系列产品便是一个很好的例子。该8位单片机产品可以在140℃的高温环境下连续事情达500小时。
ECU内部与相互间通讯的繁芜化
随着单片机运算性能的提高，传统的串行通讯接口，如通用异步串行接口（UART）或同步串行口（SSC）在实行ECU器件间的一些高速通讯时显得力不从心，一些新的通讯接口就应运而生。如英飞凌在32位单片机AUTO-NG系列中采取的“Micro-link Interface（MLI）”及“Micro-second Communication（MSC）”便是这样两个例子。MLI是为了改进单片机与其它器件进行数字通讯而设计的新一代高速串行口，其通报速率可达每秒30MB；而MSC紧张是用于单片机与智能功率器件间的通讯，它的利用可以降落系统本钱。
汽车各ECU之间的通讯相对付其内部的通讯可能会更繁芜。目前，ECU间的通讯紧张是依赖“点对点”、LIN或CAN总线来进行。相对付传统上靠专用线索来完成“点对点”的通讯办法，总线的引入大大地减少线束的利用，减轻了汽车的自重，提高了通讯速率及可靠性。LIN总线紧张是用于速率较慢的局部网络；而CAN总线则大多是用于速率较快的骨干网络中。有时某些ECU需充当网关（GATEWAY）的角色而同时与几种传输速率不同的CAN总线相通讯，这时单片机内部每每须要带有多路的CAN总线掌握器，例如TC1796中的多通道CAN模块就可同时支持4个CAN总线网络。
随着车内ECU的数量的增加，所涉及的通讯界面和数量也越来越多，LIN和CAN总线有时就无法完成实时性很强的通讯任务，在这种情形下，采取新的通讯协议就成了一定。Flexray是目前汽车工业界公认的下一代高速通讯协议标准。与CAN总线比较，Flexray不仅带宽更高，而且可靠性和实时性更好。对动力总成系统中某些对实时性哀求极高的运用来讲，Flexray无疑是一个更好的通讯办法。为了合营这一发展趋势。天下紧张汽车单片机的生产厂商都在新一代32位产品中集成了Flexray掌握器。
结语
汽车的动力总成系统在全体车辆中的主要性是不言而喻的，而个中的ECU的设计是公认的难题。国际上这个领域的动向，以及这些动向给所用单片机带来的影响是许多业者所关注的。
理解更多汽车单片机运用技能，请关注：
