引言
前面漫談車規(guī)MCU系列的首篇文章《漫談車規(guī)MCU國產(chǎn)替代》發(fā)表后,受到了廣大粉絲的廣泛關(guān)注和熱烈討論。很多留言希望我能夠介紹一下何為車規(guī)芯片,什么樣的芯片才能算是真正的車規(guī)芯片? ? 為此,我特意撰寫了本文,結(jié)合我在車規(guī)芯片行業(yè)的多年從業(yè)經(jīng)驗和對車規(guī)MCU行業(yè)的深入洞察,較為全面的展開“何為車規(guī)”這個話題的介紹和分析。 ?
車規(guī)芯片的四大行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(技術(shù)壁壘)
1.1 汽車行業(yè)鐵律--IATF-16949
IATF-16949是國際汽車任務(wù)組(International Automotive Task Force,簡稱IATF)制定的一項國際標(biāo)準(zhǔn),用于質(zhì)量管理體系在汽車行業(yè)的應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)基于ISO 9001質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn),并在此基礎(chǔ)上增加了汽車行業(yè)特定的要求和指導(dǎo),旨在提高汽車供應(yīng)鏈的質(zhì)量管理水平和產(chǎn)品質(zhì)量。
IATF的成員包括了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織質(zhì)量管理與質(zhì)量保證技術(shù)委員會(ISO/TC176),意大利汽車工業(yè)協(xié)會(ANFIA),法國汽車制造商委員會(CCFA)和汽車裝備工業(yè)聯(lián)盟(FIEV),德國汽車工業(yè)協(xié)會(VDA),汽車制造商BMW)、Daimler Chrysler、Fiat、Ford、GM、Renault和Volkswagen等。
IATF-16949的目標(biāo)是通過建立一套規(guī)范和要求,促進汽車制造商和供應(yīng)商之間的合作和協(xié)作,確保供應(yīng)鏈中的所有環(huán)節(jié)都符合質(zhì)量管理的最佳實踐。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了從設(shè)計和開發(fā)、生產(chǎn)、安裝和服務(wù)到產(chǎn)品退役的全生命周期,要求組織建立和實施一套完整的質(zhì)量管理體系。
? IATF-16949的要求包括質(zhì)量目標(biāo)的設(shè)定和追蹤、過程管理、產(chǎn)品和過程驗證、供應(yīng)商管理、不良品管理、持續(xù)改進等。它還強調(diào)了風(fēng)險管理、員工培訓(xùn)和參與、測量和分析數(shù)據(jù)等方面的重要性。 ? 通過實施IATF-16949,組織可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性,減少缺陷和客戶投訴,提高生產(chǎn)效率和交付能力。此外,符合IATF-16949的組織還可以獲得國際認可,增加在汽車行業(yè)中的競爭力和市場份額。 ?
IATF-16949最為人所知的五大工具如下: ?
統(tǒng)計過程控制(SPC)
測量系統(tǒng)分析(MSA)
產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃(APQP)
潛在失效模式和效果分析(FMEA)
生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序(PPAP) ?
其中,PPAP報告是汽車產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商逐級提供的,由晶圓廠和封測廠提供的PPAP被整合到車規(guī)芯片的PPAP中,然后提供給零部件設(shè)計生成商(Tier-1),最后由Tier-1整合ECU系統(tǒng)軟硬件設(shè)計和生產(chǎn)的流程數(shù)據(jù)提供給整車廠。
1.2 車規(guī)芯片可靠性驗證標(biāo)準(zhǔn)--AEC-Q100
AEC-Q100是由汽車電子委員會(Automotive Electronics Council,簡稱AEC, 最初是由克萊斯勒、福特和通用汽車于 1990 年代成立 的組織,目的是建立通用的零件鑒定和質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn))制定的一項汽車電子元器件可靠性標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)旨在確保在汽車電子系統(tǒng)中使用的元器件具有足夠的可靠性和耐久性,以滿足汽車行業(yè)的嚴(yán)格要求。 ? AEC 是建立可靠、高質(zhì)量電子組件標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)。符合這些規(guī)格的組件適用于惡劣的汽車環(huán)境,無需額外的組件級鑒定測試。包括: ?
AEC-Q100:集成電路(IC)器件,比如MCU、ADC、PMIC, CAN/LIN收發(fā)器等;
AEC-Q101:分離(Discrete)器件,比如三極管、二極管、MOSFET, SiC等;
AEC-Q102:分離光電(Discrete Optoelectronic )器件,比如LED等;
AEC-Q103:分離傳感器(Sensor)器件,比如MEMS壓力/加速度計、溫度傳感器等;
AEC-Q104:分離多芯片模塊(MCM)器件,除Q100/101/102/103和Q200不能覆蓋的多芯片模塊;
AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)主要適用于集成電路(IC)和半導(dǎo)體器件,對其進行了一系列的可靠性測試和評估,其測試驗證項目最多最復(fù)雜,周期也是最長的(以IC芯片功能的規(guī)模和復(fù)雜度而定)。這些測試和評估包括溫度循環(huán)測試、濕熱循環(huán)測試、可靠性評估、可靠性預(yù)測等。通過這些測試,可以評估元器件在不同環(huán)境條件下的可靠性和性能。
AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)分為幾個等級,包括Grade 0到Grade 3,每個等級代表了不同的可靠性要求和測試條件。Grade 0是最高等級,適用于在高溫環(huán)境下工作的關(guān)鍵應(yīng)用,而Grade 3適用于一般的汽車電子應(yīng)用。
符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的元器件可以獲得汽車制造商的認可,并被廣泛應(yīng)用于汽車電子系統(tǒng)中,如發(fā)動機控制單元、車身控制模塊、安全氣囊系統(tǒng)等。這些元器件經(jīng)過嚴(yán)格的可靠性測試和評估,能夠在惡劣的汽車環(huán)境下穩(wěn)定運行,確保汽車的安全性和可靠性。 ? AEC-Q100包含測試結(jié)果將包含在一份量產(chǎn)器件審批流程報告(PPAP report)中給到客戶(Tier-1/Car OEM),其中還包括芯片的設(shè)計和流程失效模式與影響分析(Design FMEA & Process FMEA),如下是一份完整的量產(chǎn)車規(guī)MCU芯片的PPAP報告目錄:
1.3 車規(guī)芯片功能安全標(biāo)準(zhǔn)--ISO 26262
功能安全ISO-26262是IEC61508 對電子電氣(E/E )系統(tǒng)在道路車輛方面的功能安全要求的具體應(yīng)用。 ? ISO 26262是一項國際標(biāo)準(zhǔn),用于汽車行業(yè)中的功能安全管理系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)于2011年發(fā)布初版,2018年再版,新增了兩個章節(jié)--第12章:ISO26262對摩托車的適用性和第11章:ISO26262對半導(dǎo)體器件的應(yīng)用指南,旨在確保在車輛電子和電氣系統(tǒng)中的功能安全性,以減少由于系統(tǒng)故障引起的事故和傷害。 ? ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)適用于汽車電子和電氣系統(tǒng)的整個生命周期,包括設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、操作、維護和退役階段。它提供了一套方法和要求,幫助汽車制造商和供應(yīng)商在設(shè)計和開發(fā)過程中識別和管理潛在的安全風(fēng)險。
ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵概念包括安全性管理、安全性生命周期、安全性驗證和確認,以及安全性要求的定義和評估。它要求組織進行安全風(fēng)險評估和安全性目標(biāo)的設(shè)定,采取適當(dāng)?shù)陌踩O(shè)計措施,并進行系統(tǒng)安全驗證和確認。 ISO-26262提供了決定風(fēng)險等級的具體風(fēng)險評估方法HARA(SEC(嚴(yán)重度(S)、暴露率(E)、和可控性(C)三個指標(biāo) à ASIL- A/B/C/D or QM)等級;
?
ISO-26262通過分析系統(tǒng)需求,關(guān)注具體的功能安全目標(biāo)(SG), 通過系統(tǒng)實現(xiàn)軟硬件評估/分解/驗證,使用有效的功能安全機制(SM)保證單點失效(SPFM)和潛在失效(LFM)的目標(biāo)診斷覆蓋率(DC),同時滿足隨機硬件故障概率(PMHF, 單位為FIT(Failure In Time),1FIT = 1/10(-9)h, 即1000,000,000小時內(nèi)失效僅1次)要求;
通過遵循ISO 26262標(biāo)準(zhǔn),汽車制造商和供應(yīng)商可以確保其電子和電氣系統(tǒng)滿足功能安全的要求,減少系統(tǒng)故障導(dǎo)致的潛在風(fēng)險。這有助于提高汽車的安全性和可靠性,并滿足法規(guī)和客戶的要求。同時,符合ISO 26262的組織還能夠提高其在汽車行業(yè)中的競爭力和市場份額。 ?
1.4 車規(guī)芯片信息安全標(biāo)準(zhǔn)--ISO 21434
隨著車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的日益普及,針對汽車的網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險越來越高:作為汽車的空中編程(OTA)、車隊管理系統(tǒng)、車輛和其他設(shè)備通訊(V2X / V2V)等功能的基礎(chǔ)架構(gòu),汽車也出現(xiàn)了新的攻擊面?;陂_發(fā)的考量,需要在標(biāo)準(zhǔn)上有對應(yīng)的措施。 ? ISO 21434是一項新的國際標(biāo)準(zhǔn),專門針對汽車行業(yè)中的信息安全進行管理和保護。該標(biāo)準(zhǔn)于2021年發(fā)布,旨在幫助汽車制造商和供應(yīng)商建立和維護安全的汽車電子和軟件系統(tǒng)。
ISO 21434標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是確保汽車電子和軟件系統(tǒng)在設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、操作和維護的整個生命周期中具備適當(dāng)?shù)男畔踩刂拼胧K峁┝艘惶追椒ê鸵?,以幫助組織識別和管理潛在的信息安全風(fēng)險,保護車輛免受惡意攻擊和未經(jīng)授權(quán)的訪問。
ISO 21434標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了許多關(guān)鍵方面,包括安全風(fēng)險評估、安全需求分析、安全設(shè)計、安全驗證和確認、安全生命周期管理等。它要求組織在設(shè)計和開發(fā)過程中采取適當(dāng)?shù)陌踩胧?,如身份驗證、訪問控制、數(shù)據(jù)保護、通信安全等。 ISO/SAE 21434的核心是威脅分析以及風(fēng)險評估。其基于威脅分析與風(fēng)險評估(TARA)方法,定義了類似于 ISO 26262 中的 ASIL的網(wǎng)絡(luò)安全保證級別(CAL)。 ? 通過遵循ISO 21434標(biāo)準(zhǔn),汽車制造商和供應(yīng)商可以提高其車輛和系統(tǒng)的信息安全性,減少被黑客攻擊和未經(jīng)授權(quán)訪問的風(fēng)險。這有助于保護車輛中的關(guān)鍵功能和數(shù)據(jù),確保駕駛員和乘客的安全和隱私。 ? ISO 21434標(biāo)準(zhǔn)的實施還可以幫助汽車行業(yè)滿足法規(guī)和客戶對信息安全的要求,并提高組織在市場競爭中的信譽和競爭力。同時,它也促進了汽車行業(yè)對信息安全的重視和持續(xù)改進。 ?
完整的車規(guī)芯片研發(fā)流程
為了保證車規(guī)芯片的高性能和高可靠性,必須掌握和使用符合IATF-16949并結(jié)合汽車功能安全和信息安全流程的完整的車規(guī)芯片研發(fā)流程。
為了幫助大家更好的理解相關(guān)概念,這里有必要介紹一下芯片設(shè)計的各環(huán)節(jié)和流程要求要點及意義。 ?
2.1 需求定義(MRD和PRD)
芯片的需求定義主要包括市場需求文檔(Market Requirements Document,MRD)和產(chǎn)品需求文檔(Product Requirements Document,PRD)。 ? 市場需求文檔(MRD)是在芯片設(shè)計之前制定的,它主要描述了市場對芯片產(chǎn)品的需求和期望。MRD通常由市場營銷團隊或產(chǎn)品管理團隊編寫,包括以下內(nèi)容: ?
市場背景:描述芯片產(chǎn)品所處的市場環(huán)境和競爭情況,包括市場規(guī)模、增長趨勢、競爭對手等。
目標(biāo)市場和用戶:明確芯片產(chǎn)品的目標(biāo)市場和目標(biāo)用戶,包括行業(yè)、應(yīng)用領(lǐng)域、用戶需求等。
產(chǎn)品定位:定義芯片產(chǎn)品在市場中的定位和差異化特點,包括產(chǎn)品的主要功能、性能要求、價格范圍等。
功能需求:列出芯片產(chǎn)品的主要功能需求,包括支持的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)處理能力、接口要求等。
性能需求:定義芯片產(chǎn)品的性能指標(biāo),包括速度、功耗、可靠性等。
市場需求優(yōu)先級:根據(jù)市場需求的重要性和緊迫性,對各項需求進行優(yōu)先級排序。
產(chǎn)品需求文檔(PRD)是在MRD的基礎(chǔ)上進一步細化和詳細描述芯片產(chǎn)品的具體功能和電氣參數(shù)規(guī)格(spec.),它主要由產(chǎn)品經(jīng)理或系統(tǒng)工程師編寫,包括以下內(nèi)容: ?
產(chǎn)品概述:對芯片產(chǎn)品的整體概述和目標(biāo)進行描述,包括產(chǎn)品的主要特點和優(yōu)勢。
功能需求:詳細說明芯片產(chǎn)品的各項功能需求,包括功能模塊、接口要求、數(shù)據(jù)處理能力等。
性能需求:具體定義芯片產(chǎn)品的性能指標(biāo),包括速度、功耗、時延、抗干擾能力等。
通信接口需求:描述芯片產(chǎn)品與外部設(shè)備的接口和通信協(xié)議要求,包括物理接口、電氣特性、數(shù)據(jù)格式等。
可靠性需求:定義芯片產(chǎn)品的可靠性要求,包括壽命、穩(wěn)定性、故障率等。
安全性需求:列出芯片產(chǎn)品的安全性要求,包括數(shù)據(jù)保護、身份認證、防篡改等。
限制和約束:說明芯片設(shè)計中的限制和約束條件,包括成本、尺寸、供電要求等。
MRD和PRD是芯片設(shè)計的基礎(chǔ),它們明確了芯片產(chǎn)品的需求和目標(biāo),為后續(xù)的芯片設(shè)計和開發(fā)工作提供了指導(dǎo)和依據(jù)。同時,MRD和PRD也是與客戶和合作伙伴進行溝通和協(xié)調(diào)的重要文檔。 ?
2.2 前端設(shè)計(數(shù)字外設(shè)和模擬外設(shè)IP設(shè)計)
芯片的前端設(shè)計包括數(shù)字外設(shè)和模擬外設(shè)IP設(shè)計,是芯片設(shè)計中的重要組成部分,它們提供了與外部設(shè)備進行通信和交互的接口和功能。下面是數(shù)字外設(shè)和模擬外設(shè)IP設(shè)計的一般流程: ?
外設(shè)需求分析:在開始設(shè)計之前,需要明確外設(shè)的功能需求和接口要求。這包括外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸速率、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式等方面的要求。同時,還需要考慮外設(shè)與芯片的連接方式和電氣特性等。
IP架構(gòu)設(shè)計:根據(jù)外設(shè)需求分析,設(shè)計IP的整體架構(gòu)。這包括確定IP的功能模塊、接口和數(shù)據(jù)路徑等。在數(shù)字外設(shè)IP設(shè)計中,常見的功能模塊包括數(shù)據(jù)緩沖、時鐘管理、數(shù)據(jù)處理等。在模擬外設(shè)IP設(shè)計中,常見的功能模塊包括模擬信號輸入輸出接口、信號處理電路等。
IP設(shè)計和驗證:根據(jù)IP架構(gòu)設(shè)計,進行IP的詳細設(shè)計和驗證。在數(shù)字外設(shè)IP設(shè)計中,使用硬件描述語言(如Verilog或VHDL)來描述IP的邏輯結(jié)構(gòu)和功能。在模擬外設(shè)IP設(shè)計中,使用模擬電路設(shè)計工具進行電路設(shè)計和仿真驗證。
IP集成和驗證:將設(shè)計好的IP集成到芯片的整體設(shè)計中,并進行驗證。在數(shù)字外設(shè)IP設(shè)計中,需要進行邏輯仿真和時序仿真,驗證IP的功能和時序性能是否符合設(shè)計要求。在模擬外設(shè)IP設(shè)計中,需要進行電路仿真和電路驗證,驗證IP的模擬性能是否符合設(shè)計要求。
物理設(shè)計和布局:對IP進行物理設(shè)計和布局,將IP的電路結(jié)構(gòu)和布局規(guī)則與芯片的其他部分進行整合。物理設(shè)計包括IP的布局、布線、時鐘樹設(shè)計等。通過物理設(shè)計和布局,可以優(yōu)化IP的面積、功耗和性能等。
物理驗證:對IP進行最終的物理驗證,確保IP的物理設(shè)計滿足設(shè)計要求和約束。物理驗證包括電氣規(guī)則檢查(DRC)、布局規(guī)則檢查(LVS)等。
IP文檔和測試:最后,根據(jù)IP設(shè)計和驗證的結(jié)果,生成IP的設(shè)計文檔和測試文檔。設(shè)計文檔包括IP的規(guī)格說明、設(shè)計原理和接口定義等。測試文檔包括IP的測試計劃、測試用例和測試結(jié)果等。
數(shù)字外設(shè)和模擬外設(shè)IP設(shè)計在芯片設(shè)計中起著重要的作用,它們提供了與外部設(shè)備進行通信和交互的接口和功能。通過設(shè)計和驗證IP,可以確保芯片與外部設(shè)備的兼容性和可靠性,提高芯片的功能和性能。同時,IP設(shè)計的模塊化和可重用性也可以提高芯片設(shè)計的效率和可靠性。 ?
2.3 邏輯仿真和數(shù)字驗證
芯片設(shè)計的邏輯仿真和數(shù)字驗證是芯片設(shè)計流程中非常重要的一環(huán),它主要用于驗證芯片的功能和時序等方面的正確性。下面是邏輯仿真和數(shù)字驗證的一般流程: ?
設(shè)計規(guī)格和功能驗證:在開始邏輯仿真之前,首先需要明確芯片的設(shè)計規(guī)格和功能要求。根據(jù)這些要求,制定驗證計劃,并編寫測試用例。
邏輯仿真:邏輯仿真是通過軟件工具模擬芯片電路的行為,驗證電路的功能是否符合設(shè)計規(guī)格。在邏輯仿真中,會使用硬件描述語言(如Verilog或VHDL)來描述電路的邏輯結(jié)構(gòu)和功能,并使用仿真工具進行仿真運行。通過仿真結(jié)果,可以檢查電路的功能是否正確。
時序仿真:時序仿真是在邏輯仿真的基礎(chǔ)上,考慮電路的時序約束,驗證電路的時序性能是否滿足設(shè)計要求。時序仿真可以檢查電路的時鐘頻率、時序路徑、時序敏感性等方面的性能。
電源和環(huán)境仿真:除了功能和時序仿真,還需要進行電源和環(huán)境仿真,驗證電路在不同電源和環(huán)境條件下的工作情況。這可以幫助檢查電路對電源噪聲、溫度變化等因素的魯棒性。
仿真結(jié)果分析和調(diào)試:在仿真過程中,需要對仿真結(jié)果進行分析和調(diào)試。如果發(fā)現(xiàn)電路的功能或時序不符合設(shè)計要求,需要進行錯誤定位和修復(fù)。
數(shù)字驗證:數(shù)字驗證是在邏輯仿真的基礎(chǔ)上,使用專門的驗證工具進行驗證。數(shù)字驗證可以通過隨機測試、形式驗證、覆蓋率分析等方法,對電路的功能進行全面驗證。
仿真驗證報告:最后,根據(jù)邏輯仿真和數(shù)字驗證的結(jié)果,生成仿真驗證報告。報告中包括了驗證計劃、測試用例、仿真結(jié)果和分析等內(nèi)容,用于記錄和交流驗證過程和結(jié)果。
邏輯仿真和數(shù)字驗證在芯片設(shè)計中起著至關(guān)重要的作用,它可以幫助設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)和解決電路設(shè)計中的問題,確保芯片的功能和性能滿足設(shè)計要求。通過邏輯仿真和數(shù)字驗證,可以提高芯片設(shè)計的可靠性和效率,減少后續(xù)芯片制造和測試的成本和風(fēng)險。 ?
2.4 后端設(shè)計與仿真
芯片的后端設(shè)計與仿真是指在芯片設(shè)計流程中,將前端設(shè)計完成的電路布局、布線和物理實現(xiàn)等工作。這個階段主要包括以下幾個步驟: ?
物理設(shè)計規(guī)劃:根據(jù)設(shè)計需求和約束,制定物理設(shè)計規(guī)劃,確定芯片的布局和布線風(fēng)格,以及各個模塊的位置和大小等。
布局設(shè)計:將電路的邏輯元件按照物理規(guī)劃的要求進行布局,確定各個模塊的相對位置和大小。布局設(shè)計要考慮電路的性能、功耗、面積和可靠性等因素。
布線設(shè)計:根據(jù)布局設(shè)計結(jié)果,進行電路的布線,將各個邏輯元件之間的連線完成。布線設(shè)計要考慮信號延遲、功耗、電磁兼容性等因素。
物理驗證:對布局和布線進行物理驗證,確保電路的布局和布線滿足設(shè)計規(guī)范和約束。物理驗證包括電氣規(guī)則檢查(DRC)、布局規(guī)則檢查(LVS)等。
時序分析:對芯片進行時序分析,確保電路的時序滿足設(shè)計要求。時序分析包括時序約束的制定和時序模擬等。
功耗分析:對芯片進行功耗分析,評估芯片的功耗性能,并進行功耗優(yōu)化。功耗分析包括靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗的評估。
仿真驗證:對芯片進行各種仿真,驗證電路的功能和性能。仿真驗證包括功能仿真、時序仿真、功耗仿真等。
物理優(yōu)化:根據(jù)仿真和驗證結(jié)果,對芯片進行物理優(yōu)化,改進電路的性能、功耗和面積等。物理優(yōu)化包括布局優(yōu)化和布線優(yōu)化等。
芯片的后端設(shè)計與仿真是芯片設(shè)計流程中非常重要的一環(huán),它確保了芯片的物理實現(xiàn)滿足設(shè)計要求和約束。通過物理設(shè)計和仿真驗證,可以評估和改進芯片的性能、功耗和可靠性等,最終實現(xiàn)高質(zhì)量的芯片產(chǎn)品。
2.5 流片與ECO設(shè)計修改
芯片設(shè)計的流片是指將芯片設(shè)計轉(zhuǎn)化為實際的物理布局和連線,生成布局圖和掩膜數(shù)據(jù),以便進行芯片制造。流片的過程包括以下幾個主要步驟: ?
物理設(shè)計規(guī)劃:確定芯片的布局約束和分區(qū),包括芯片的核心區(qū)域、輸入輸出引腳位置、電源和地線分布等。
布局設(shè)計:根據(jù)物理設(shè)計規(guī)劃,將芯片的各個功能模塊進行布局,包括放置模塊、調(diào)整模塊間的距離和相對位置,以滿足性能和功耗要求。
連線設(shè)計:在布局的基礎(chǔ)上,進行模塊間的連線設(shè)計,包括信號線和電源線的布線,以及時鐘網(wǎng)絡(luò)的布線,以滿足信號完整性和時序要求。
特殊設(shè)計:針對特殊模塊和特殊要求,進行特殊設(shè)計,如模擬電路的布局和連線、高速接口的布線等。
布局優(yōu)化:對布局進行優(yōu)化,包括減小面積、減小功耗、減小時延等,以提高芯片的性能和可靠性。
掩膜生成:根據(jù)布局和連線設(shè)計,生成掩膜數(shù)據(jù),用于芯片制造。
ECO(Engineering Change Order)設(shè)計修改是在芯片設(shè)計流片后,發(fā)現(xiàn)需要進行修改或修正的情況下進行的設(shè)計調(diào)整。ECO設(shè)計修改的目的是解決芯片設(shè)計中的問題或改進設(shè)計的性能和功能。ECO設(shè)計修改的步驟包括以下幾個主要過程: ?
問題分析:分析芯片設(shè)計中的問題或需要改進的地方,確定需要進行的設(shè)計修改。
設(shè)計調(diào)整:根據(jù)問題分析的結(jié)果,進行相應(yīng)的設(shè)計調(diào)整,包括修改布局、優(yōu)化連線、調(diào)整電源和地線等。
驗證和仿真:對設(shè)計修改后的芯片進行驗證和仿真,以確保修改后的設(shè)計滿足要求,并解決之前的問題。
評估和驗證:對修改后的設(shè)計進行評估和驗證,包括性能評估、功耗評估、時序驗證等。
掩膜生成:根據(jù)修改后的設(shè)計,生成新的掩膜數(shù)據(jù),用于芯片制造。
ECO設(shè)計修改是芯片設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié),它可以解決設(shè)計中的問題和改進設(shè)計的性能和功能,提高芯片的質(zhì)量和可靠性。同時,ECO設(shè)計修改也需要考慮成本和時間的因素,以確保設(shè)計的修改是可行和有效的。
2.6 回片測試與EVB功能驗證
芯片的回片測試是指在芯片制造完成后,對芯片進行測試和驗證的過程?;仄瑴y試的目的是檢測芯片的功能、性能和可靠性,以確保芯片符合設(shè)計規(guī)格和要求?;仄瑴y試的步驟包括以下幾個主要過程: ?
芯片封裝:將芯片進行封裝,即將芯片芯片和引腳連接封裝在封裝材料中,以便進行測試和使用。
測試計劃制定:根據(jù)芯片的設(shè)計規(guī)格和要求,制定測試計劃,確定測試的目標(biāo)、方法和流程。
芯片測試:使用測試設(shè)備和工具,對芯片進行各種測試,包括功能測試、性能測試、電氣特性測試等。
數(shù)據(jù)分析:對測試結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析和處理,評估芯片的性能和可靠性,檢測是否存在缺陷或問題。
故障排除:如果在測試中發(fā)現(xiàn)問題或故障,進行故障排除,確定問題的原因,并進行修復(fù)或調(diào)整。
測試報告:根據(jù)測試結(jié)果,生成測試報告,記錄芯片的測試情況和結(jié)果,以便后續(xù)的評估和驗證。
EVB(Evaluation Board)功能驗證是在芯片設(shè)計完成后,使用評估板對芯片的功能進行驗證和評估的過程。EVB是一個包含芯片和相關(guān)電路的開發(fā)板,可以提供電源、時鐘和接口等功能,以便進行芯片的功能驗證和性能評估。EVB功能驗證的步驟包括以下幾個主要過程: ?
硬件連接:將芯片連接到評估板上,包括電源連接、引腳連接、信號線連接等。
軟件配置:根據(jù)芯片的設(shè)計規(guī)格和要求,配置評估板的軟件,包括時鐘配置、寄存器設(shè)置等。
功能驗證:使用評估板提供的接口和功能,對芯片的各個功能進行驗證,包括輸入輸出功能、通信功能、存儲功能等。
性能評估:通過評估板的測試和測量,對芯片的性能進行評估,包括功耗、速度、時延等。
數(shù)據(jù)分析:對功能驗證和性能評估的結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析和處理,評估芯片的功能和性能是否滿足設(shè)計要求。
驗證報告:根據(jù)功能驗證和性能評估的結(jié)果,生成驗證報告,記錄芯片的驗證情況和結(jié)果,以便后續(xù)的評估和驗證。
EVB功能驗證是在芯片設(shè)計完成后,對芯片的功能和性能進行初步驗證和評估的重要環(huán)節(jié),它可以幫助設(shè)計團隊了解芯片的工作情況和性能表現(xiàn),為后續(xù)的調(diào)整和優(yōu)化提供指導(dǎo)和依據(jù)。 ?
2.7 CP測試
CP測試是指芯片的Chip Probe測試,也稱為芯片探針測試。它是在芯片制造過程中的一個關(guān)鍵步驟,用于驗證芯片的電氣特性和功能是否符合設(shè)計規(guī)格和要求。 ? CP測試通常在芯片封裝之前進行,它涉及以下主要步驟: ?
芯片準(zhǔn)備:在CP測試之前,需要對芯片進行準(zhǔn)備工作,包括去除芯片表面的污染物和氧化物,以確保良好的接觸性能。
探針制備:制備用于探測芯片引腳的探針。探針通常由細小的金屬針組成,可以與芯片引腳接觸并傳遞信號。
探針安裝:將探針安裝在探針卡上,探針卡是一個具有多個探針位置的載體,用于將探針與芯片引腳對齊。
探針測試:將芯片放置在測試臺上,將探針卡與芯片引腳對齊,并施加適當(dāng)?shù)膲毫Γ固结樑c芯片引腳接觸。然后,通過測試設(shè)備向芯片引腳發(fā)送測試信號,并讀取響應(yīng)信號,以驗證芯片的電氣特性和功能。
數(shù)據(jù)分析:對探針測試的結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析和處理,評估芯片的電氣特性和功能是否符合設(shè)計規(guī)格和要求。
CP測試是芯片制造過程中的一個重要環(huán)節(jié),它可以幫助檢測和排除芯片制造過程中的缺陷和問題,確保芯片的質(zhì)量和可靠性。同時,CP測試也可以提供有關(guān)芯片的電氣特性和功能的重要信息,為后續(xù)的封裝和測試工作提供指導(dǎo)和依據(jù)。 ?
2.8 Bonding與封裝
Bonding是指將芯片與封裝基板之間進行電連接的過程。它是將芯片的引腳與封裝基板上的金屬線(或稱為焊線)相連接的關(guān)鍵步驟。芯片bonding通常使用微焊接技術(shù),可以分為以下幾種常見的類型: ?
焊線鍵合(Wire Bonding):這是最常見的芯片bonding技術(shù)。它使用金屬線(通常是金或鋁)將芯片的引腳與封裝基板上的焊盤連接起來。焊線鍵合可以分為球形焊線鍵合(Ball Bonding)和楔形焊線鍵合(Wedge Bonding)兩種。
無線鍵合(Wireless Bonding):與焊線鍵合不同,無線鍵合使用無線連接器(Wireless Interconnects)將芯片的引腳與封裝基板上的焊盤連接起來。無線鍵合通常使用微彈簧或彈性接觸器來實現(xiàn)。
直接焊接(Flip Chip Bonding):這種bonding技術(shù)將芯片的引腳直接與封裝基板上的焊盤相連接。芯片被翻轉(zhuǎn)放置,使其引腳與焊盤對齊,并使用焊料將其連接起來。直接焊接可以提供更短的信號路徑和更好的電氣性能。
涂覆鍵合(Underfill Bonding):這是一種在焊線鍵合或直接焊接后使用的補充技術(shù)。涂覆鍵合使用特殊的填充材料(通常是環(huán)氧樹脂)填充芯片和封裝基板之間的空隙,以提供額外的機械支撐和保護。
Bonding是芯片封裝過程中非常重要的一步,它確保芯片能夠與封裝基板之間進行可靠的電連接。不同的bonding技術(shù)適用于不同的應(yīng)用和封裝類型,選擇適合的bonding技術(shù)可以提高芯片的可靠性和性能。 ? 芯片封裝是將芯片封裝在外殼中,以保護芯片、提供引腳連接和散熱等功能的過程。封裝可以將芯片連接到外部電路和系統(tǒng)中,使其能夠正常工作。 ? 芯片封裝的主要目的包括以下幾個方面: ?
保護芯片:封裝可以提供物理保護,防止芯片受到機械損傷、濕氣、灰塵等外部環(huán)境的影響。
引腳連接:封裝提供了芯片引腳與外部電路的連接接口,使芯片能夠與其他器件和系統(tǒng)進行通信和交互。
散熱:封裝通常包含散熱結(jié)構(gòu),可以有效地散發(fā)芯片產(chǎn)生的熱量,保持芯片的溫度在安全范圍內(nèi)。
尺寸調(diào)整:封裝可以根據(jù)芯片的尺寸和要求進行調(diào)整,使芯片適應(yīng)不同的應(yīng)用場景和設(shè)備。
標(biāo)識和標(biāo)簽:封裝可以在外部標(biāo)注芯片的型號、序列號和其他重要信息,方便識別和管理。
常見的芯片封裝類型包括: ?
DIP封裝(Dual Inline Package):雙列直插封裝,引腳通過兩行排列在封裝底部,適用于插入式安裝。
QFP封裝(Quad Flat Package):四邊平封裝,引腳通過四個邊緣排列,適用于表面貼裝安裝。
BGA封裝(Ball Grid Array):球柵陣列封裝,引腳通過底部的球形焊球排列,適用于高密度連接和散熱要求較高的芯片。
CSP封裝(Chip Scale Package):芯片尺寸封裝,封裝尺寸與芯片尺寸相近,適用于小型化和高集成度的芯片。
LGA封裝(Land Grid Array):焊盤陣列封裝,引腳通過底部的焊盤排列,適用于高密度連接和散熱要求較高的芯片。
不同的芯片封裝類型適用于不同的應(yīng)用場景和需求,選擇適合的封裝類型對于芯片的性能、可靠性和生產(chǎn)成本都有重要影響。 ?
2.9 FT測試與老化測試(Burn-In)
芯片的FT測試(Final Test)是在芯片制造完成后的最后階段進行的測試,通常由ATE設(shè)備完成,用于驗證芯片的電氣特性和功能是否符合設(shè)計規(guī)格和要求。FT測試通常包括以下幾個方面:
電氣特性測試:通過向芯片引腳發(fā)送測試信號,并讀取響應(yīng)信號,來檢測芯片的電氣特性,如電壓、電流、頻率等。
功能測試:通過向芯片發(fā)送不同的輸入信號,檢測芯片的各個功能模塊是否正常工作,如邏輯門、存儲器、模擬電路等。
時序測試:測試芯片的時序特性,如時鐘頻率、信號傳輸延遲等,以確保芯片在正常工作頻率下能夠正確運行。
溫度測試:在不同溫度條件下測試芯片的性能和可靠性,以評估芯片在各種工作環(huán)境下的表現(xiàn)。
可靠性測試:測試芯片在長時間持續(xù)工作或特定工作條件下的可靠性,如溫度循環(huán)測試、濕熱循環(huán)測試等。
根據(jù)著名的硅基半導(dǎo)體器件使用生命周期的失效率的浴盆曲線,老化測試(Burn-In)是對芯片進行一定時間的高溫和高負載運行,以模擬芯片在實際使用中的工作環(huán)境,以提前篩選出潛在的故障和可靠性問題。老化測試可以幫助排除芯片制造過程中的缺陷和問題,提高芯片的可靠性和壽命。
老化測試通常包括以下幾個步驟: ?
加熱:將芯片放置在高溫環(huán)境中,通常溫度范圍為80℃至125℃,持續(xù)時間通常為幾十小時至幾百小時。
負載運行:在高溫環(huán)境下,給芯片施加高負載,使其在高溫和高壓力下工作,以加速潛在故障的發(fā)生。
測試:在老化過程中,定期對芯片進行測試,檢測是否出現(xiàn)故障或性能下降。
故障分析:如果出現(xiàn)故障或性能下降,進行故障分析,找出問題的原因,并進行修復(fù)或淘汰。
老化測試對于芯片的可靠性評估和質(zhì)量控制起著重要作用,可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的故障和可靠性問題,降低芯片在實際使用中的故障率。 ? 對于車規(guī)芯片,特別是車規(guī)MCU芯片來說,要保證其10~15年的使用壽命,Burn-In老化測試是必須要做的。 ?
2.10 AEC-Q100可靠性測試
AEC-Q100是由汽車電子委員會(Automotive Electronics Council)制定的一項可靠性測試標(biāo)準(zhǔn),用于評估和驗證汽車電子芯片的可靠性和適應(yīng)性。這項標(biāo)準(zhǔn)包括了多個測試項目和要求,以確保芯片在汽車環(huán)境中的長期可靠性和穩(wěn)定性。 ? AEC-Q100可靠性測試通常包括以下幾個方面: ?
溫度循環(huán)測試(Temperature Cycling):將芯片在高溫和低溫之間循環(huán)變化,以模擬汽車在不同氣候條件下的工作環(huán)境。測試過程中,芯片需要在不同溫度下進行正常工作,并檢測是否出現(xiàn)性能下降或故障。
濕熱循環(huán)測試(Humidity Testing):將芯片暴露在高溫和高濕度的環(huán)境中,以模擬汽車在潮濕和高溫環(huán)境下的工作條件。測試過程中,芯片需要在高濕度環(huán)境下進行正常工作,并檢測是否出現(xiàn)性能下降或故障。
靜電放電測試(Electrostatic Discharge Testing):通過向芯片施加靜電放電,模擬人體靜電放電對芯片的影響。測試過程中,芯片需要能夠承受一定程度的靜電放電,并不出現(xiàn)性能下降或故障。
電壓波動測試(Voltage Variation Testing):在芯片正常工作的電壓范圍內(nèi),模擬電源電壓的波動和變化。測試過程中,芯片需要能夠正常工作,并不出現(xiàn)性能下降或故障。
機械沖擊和振動測試(Mechanical Shock and Vibration Testing):通過施加機械沖擊和振動,模擬汽車在不同道路條件下的工作環(huán)境。測試過程中,芯片需要能夠承受一定程度的沖擊和振動,并不出現(xiàn)性能下降或故障。
可靠性評估和故障分析:對于經(jīng)過上述測試的芯片,進行可靠性評估和故障分析,找出潛在的問題和故障原因,并進行修復(fù)或淘汰。
AEC-Q100可靠性測試對于汽車芯片的可靠性評估和質(zhì)量控制起著重要作用,確保芯片在汽車環(huán)境中的長期可靠性和穩(wěn)定性,提高汽車電子系統(tǒng)的性能和安全性。 ?
2.11 小批量出貨(SOP)
小批量出貨(Small Volume Production)指的是以小規(guī)模的數(shù)量進行芯片生產(chǎn)和出貨。相對于大規(guī)模生產(chǎn),小批量出貨通常適用于市場需求較小或新產(chǎn)品的初期階段。小批量出貨可以幫助廠商在產(chǎn)品開發(fā)和市場驗證階段進行測試和調(diào)整,同時降低庫存風(fēng)險和成本。 ? 在芯片的小批量出貨過程中,廠商會根據(jù)客戶的需求和訂單量,進行相應(yīng)的生產(chǎn)和組裝。這包括芯片的制造、封裝、測試和質(zhì)量控制等環(huán)節(jié)。小批量出貨的周期通常較短,可以更快地滿足客戶的需求。 ? 需要注意的是,小批量出貨相對于大規(guī)模生產(chǎn)來說,成本較高。這是因為在小批量生產(chǎn)中,生產(chǎn)設(shè)備的利用率較低,而且沒有大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟規(guī)模效應(yīng)。因此,小批量出貨的價格可能會較高,但可以提供更靈活和定制化的服務(wù)。 ? 芯片的小批量出貨是指以較小規(guī)模的數(shù)量進行芯片生產(chǎn)和出貨,適用于市場需求較小或新產(chǎn)品的初期階段。這可以幫助廠商進行產(chǎn)品測試和調(diào)整,同時降低庫存風(fēng)險和成本。 ?
2.12 量產(chǎn)
芯片量產(chǎn)是指在經(jīng)過開發(fā)、驗證和小批量生產(chǎn)后,將芯片進行大規(guī)模生產(chǎn)和出貨的過程。量產(chǎn)階段是將芯片從實驗室和小規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樯虡I(yè)化產(chǎn)品的重要階段。 ? 在芯片量產(chǎn)之前,通常需要進行以下幾個步驟: ?
設(shè)計驗證和測試:在小批量生產(chǎn)之前,需要對芯片的設(shè)計進行驗證和測試,確保其功能和性能符合要求。這包括電氣測試、功能測試、時序測試等。
工藝開發(fā)和優(yōu)化:在量產(chǎn)之前,需要對芯片的制造工藝進行開發(fā)和優(yōu)化,以確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和可靠性。這包括制造流程的優(yōu)化、工藝參數(shù)的調(diào)整等。
設(shè)備采購和準(zhǔn)備:量產(chǎn)需要大量的生產(chǎn)設(shè)備和工具,包括芯片制造設(shè)備、封裝設(shè)備、測試設(shè)備等。在量產(chǎn)之前,需要進行設(shè)備的采購和準(zhǔn)備工作。
生產(chǎn)規(guī)劃和調(diào)度:在量產(chǎn)之前,需要進行生產(chǎn)規(guī)劃和調(diào)度,包括生產(chǎn)線的布局、生產(chǎn)工藝的流程設(shè)計、生產(chǎn)資源的分配等。這有助于確保生產(chǎn)過程的高效性和穩(wěn)定性。
質(zhì)量控制和測試:在量產(chǎn)過程中,需要進行質(zhì)量控制和測試,以確保芯片的品質(zhì)符合要求。這包括過程控制、出貨檢測、可靠性測試等。
一旦以上步驟完成,芯片就可以進入量產(chǎn)階段。在量產(chǎn)過程中,芯片將按照客戶的需求進行大規(guī)模生產(chǎn)和出貨。這包括芯片的制造、封裝、測試、質(zhì)量控制等環(huán)節(jié)。量產(chǎn)的周期通常較長,可以滿足市場的大規(guī)模需求。 ? 芯片量產(chǎn)是將芯片從小規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模生產(chǎn)和出貨的過程。在量產(chǎn)之前,需要進行設(shè)計驗證、工藝開發(fā)、設(shè)備準(zhǔn)備、生產(chǎn)規(guī)劃和質(zhì)量控制等工作。量產(chǎn)階段將按照客戶需求進行大規(guī)模生產(chǎn)和出貨。 ?
2.13 售后質(zhì)量分析(FA)
芯片的售后質(zhì)量分析(Failure Analysis,簡稱FA)是一種通過對故障芯片進行分析和調(diào)查,以確定故障原因并提供解決方案的過程。FA通常在芯片出現(xiàn)故障后進行,旨在幫助廠商和客戶解決芯片質(zhì)量問題,并改進產(chǎn)品設(shè)計和制造過程。 ? 在進行FA之前,通常需要進行以下幾個步驟: ?
故障檢測和定位:首先需要對故障芯片進行檢測和定位,以確定故障的具體位置和范圍。這可以通過電氣測試、物理分析和故障模式分析等方法來實現(xiàn)。
故障分析和調(diào)查:一旦確定了故障的位置和范圍,就需要進行故障分析和調(diào)查,以確定故障的原因。這包括物理分析、化學(xué)分析、電路分析等方法,可以通過顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、能譜分析儀(EDS)等儀器來支持分析。
數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計:在進行故障分析和調(diào)查時,還需要對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析和統(tǒng)計,以確定故障的頻率、分布和影響范圍。這有助于了解故障的根本原因和潛在問題。
解決方案提供:根據(jù)故障分析和調(diào)查的結(jié)果,可以提供相應(yīng)的解決方案。這可能包括產(chǎn)品設(shè)計的改進、制造工藝的優(yōu)化、測試方法的改進等。解決方案的目標(biāo)是避免類似故障的再次發(fā)生,并提高產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量。
芯片的售后質(zhì)量分析是通過對故障芯片進行分析和調(diào)查,以確定故障原因并提供解決方案的過程。這包括故障檢測和定位、故障分析和調(diào)查、數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計、解決方案提供等步驟。FA的目標(biāo)是解決芯片質(zhì)量問題,并改進產(chǎn)品設(shè)計和制造過程。 ? 對于車規(guī)MCU芯片,每次FA,整車廠和Tier-1客戶都要求提供完整詳細8D報告,一點都不能馬虎!
2.14 DFT與DFM
DFT(Design for Testability)和DFM(Design for Manufacturing)是芯片設(shè)計中兩個重要的概念,它們旨在提高芯片的測試性和制造性。 ? DFT(Design for Testability)是指在芯片設(shè)計階段考慮測試的可行性和效率。DFT的目標(biāo)是設(shè)計出易于測試和故障定位的芯片,以提高測試的覆蓋率和效率,減少測試成本和時間。在DFT中,設(shè)計工程師會采用一些特殊的設(shè)計技術(shù)和結(jié)構(gòu),如掃描鏈(Scan Chain)、邊界掃描(Boundary Scan)、故障模式注入(Fault Model Injection)等,以方便測試人員對芯片進行測試和故障定位。 ? DFM(Design for Manufacturing)是指在芯片設(shè)計階段考慮制造的可行性和效率。DFM的目標(biāo)是設(shè)計出易于制造和生產(chǎn)的芯片,以提高生產(chǎn)效率和降低制造成本。在DFM中,設(shè)計工程師會考慮到制造過程中的一些限制和要求,如工藝容差、布局規(guī)則、材料選擇等,以確保芯片的可制造性和可靠性。此外,DFM還包括對設(shè)計規(guī)則、設(shè)計布局和材料選擇等方面的優(yōu)化,以減少制造過程中的缺陷和不良。 ? DFT和DFM是芯片設(shè)計中的兩個重要概念,尤其是對于車規(guī)MCU這樣的高復(fù)雜度和高集成度芯片設(shè)計。DFT旨在提高芯片的測試性能和效率,減少測試成本和時間;DFM旨在提高芯片的制造性能和效率,降低制造成本。通過考慮DFT和DFM,設(shè)計工程師可以設(shè)計出更易于測試和制造的芯片,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和競爭力。 ?
車規(guī)MCU芯片的軟件開發(fā)生態(tài)
3.1 汽車軟件開發(fā)流程--ASPIC與CMMI
CMMI是“能力成熟度模型集成”(Capability Maturity Model Integration)的縮寫,是一種用于評估和改進組織的軟件和系統(tǒng)工程能力的模型。CMMI最初由美國國防部軟件工程研究所(SEI)開發(fā),旨在幫助組織提高其軟件開發(fā)和工程管理的能力,并提供一種評估和改進的框架。 ? CMMI模型包括五個不同的成熟度級別,從初始級別(Level 1)到優(yōu)化級別(Level 5)。每個級別代表了組織在軟件和系統(tǒng)工程能力方面的不同水平和成熟度。通過使用CMMI模型,組織可以評估其當(dāng)前的能力水平,并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砀倪M和提高其工程過程和實踐。
CMMI模型涵蓋了各個方面的軟件和系統(tǒng)工程能力,包括需求管理、項目管理、配置管理、過程管理、度量和分析等。它提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的最佳實踐,幫助組織建立可重復(fù)和可持續(xù)的工程過程,并提供了一種評估和改進的方法,以確保組織能夠按時、按質(zhì)地交付高質(zhì)量的軟件和系統(tǒng)。 ? ASPICE是“汽車軟件過程改進與能力確定”(Automotive SPICE)的縮寫,是一種用于評估和改進汽車軟件開發(fā)過程的國際標(biāo)準(zhǔn)。ASPICE旨在提供一種評估和改進汽車軟件開發(fā)過程的框架,以確保高質(zhì)量和可靠性的汽車軟件。 ? ASPICE是由國際汽車工程師協(xié)會(INCOSE)和國際汽車制造商協(xié)會(AIAG)共同開發(fā)的,它基于CMMI(能力成熟度模型集成)和ISO 15504(過程能力評估)的概念,專門針對汽車行業(yè)的軟件開發(fā)進行了定制。
ASPICE模型包括六個不同的能力級別,從Level 0到Level 5。每個級別代表了軟件開發(fā)過程的不同成熟度和能力水平。通過使用ASPICE模型,汽車制造商和供應(yīng)商可以評估其當(dāng)前的軟件開發(fā)過程,并采取相應(yīng)的措施來改進和提高其能力。
ASPICE模型涵蓋了軟件開發(fā)過程的各個方面,包括需求管理、軟件架構(gòu)、軟件測試、配置管理、問題解決等。它提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的最佳實踐,幫助組織建立可重復(fù)和可持續(xù)的軟件開發(fā)過程,并提供了一種評估和改進的方法,以確保汽車軟件的高質(zhì)量和安全性。
3.2 汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)--AUTOSAR MCAL
AUTOSAR是“汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)”(Automotive Open System Architecture)的縮寫,是一種用于汽車電子系統(tǒng)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)。AUTOSAR旨在提供一種統(tǒng)一的方法和規(guī)范,使汽車制造商和供應(yīng)商能夠更加高效地開發(fā)和集成電子控制單元(ECU)。 ? AUTOSAR的目標(biāo)是實現(xiàn)汽車電子系統(tǒng)的模塊化、可重用性和互操作性。它定義了一套標(biāo)準(zhǔn)化的軟件組件、通信協(xié)議、接口和架構(gòu),以支持不同供應(yīng)商的軟件和硬件的集成。通過采用AUTOSAR,汽車制造商可以更容易地組裝和配置各種ECU,同時減少開發(fā)時間和成本。
AUTOSAR架構(gòu)包括三個主要層次:應(yīng)用層(ASW)、運行時環(huán)境層(RTE)和基礎(chǔ)軟件層(BSW)。應(yīng)用層定義了汽車功能和應(yīng)用軟件的規(guī)范,運行時環(huán)境層提供了運行和管理應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)設(shè)施,基礎(chǔ)軟件層提供了與硬件和底層操作系統(tǒng)的接口。
通過采用AUTOSAR,汽車制造商可以實現(xiàn)軟件的模塊化和可重用性,提高開發(fā)效率和質(zhì)量,并支持更快速的創(chuàng)新和功能擴展。此外,AUTOSAR還為汽車行業(yè)提供了一種開放的標(biāo)準(zhǔn)化平臺,促進了供應(yīng)商之間的合作和互操作性。 ? AUTOSAR BSW中的微控制器抽象層(MCAL)通常由車規(guī)MCU芯片公司提供,以作為MCU的外設(shè)的底層驅(qū)動使用:
3.3 軟件開發(fā)工具鏈(Toolchain)
MCU(Microcontroller Unit)軟件開發(fā)工具鏈?zhǔn)怯糜陂_發(fā)嵌入式系統(tǒng)的一系列工具和軟件。它包括以下幾個主要組成部分:
集成開發(fā)環(huán)境(IDE):IDE是開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的核心工具,提供了代碼編輯、編譯、調(diào)試和部署等功能。常見的MCU軟件開發(fā)IDE包括Keil MDK、IAR Embedded Workbench、Eclipse等。
編譯器:編譯器將高級語言(如C、C++)編寫的代碼轉(zhuǎn)換為機器語言,以便在MCU上執(zhí)行。常見的MCU編譯器有ARM GCC、Keil C Compiler、IAR C/C++ Compiler等。
調(diào)試器/仿真器:調(diào)試器/仿真器用于連接MCU并進行調(diào)試和仿真操作。它提供了斷點調(diào)試、變量監(jiān)視、寄存器查看等功能,幫助開發(fā)人員定位和解決問題。常見的MCU調(diào)試器/仿真器有J-Link、ST-Link、Segger等。
代碼生成工具:代碼生成工具是一種可以自動生成部分代碼的工具,可以提高開發(fā)效率。例如,CubeMX是STMicroelectronics提供的一個代碼生成工具,可以自動生成初始化代碼和驅(qū)動程序。
靜態(tài)分析工具:靜態(tài)分析工具用于檢查代碼質(zhì)量和發(fā)現(xiàn)潛在的問題,如代碼規(guī)范違規(guī)、內(nèi)存泄漏、未初始化變量等。常見的MCU靜態(tài)分析工具有Lint、Coverity等。
特定MCU的軟件庫和驅(qū)動程序:MCU廠商通常提供特定MCU的軟件庫和驅(qū)動程序,用于簡化開發(fā)過程。這些庫和驅(qū)動程序提供了各種功能,如GPIO控制、定時器、串口通信等。
以上是MCU軟件開發(fā)工具鏈的一些主要組成部分,不同的開發(fā)項目和需求可能會有所不同。開發(fā)人員可以根據(jù)自己的需求選擇適合的工具和軟件,以提高開發(fā)效率和質(zhì)量。 ?
3.4 各種中間件軟件(Middleware)
針對汽車電子ECU和域控制器的應(yīng)用軟件開發(fā),除了上面提到的SDK/AUTSOAR MCAL底層驅(qū)動軟件,車規(guī)MCU廠家需要給整車廠和Tier-1客戶提供各種中間件軟件(Middleware),包括但不限于: ?
D-Flash模擬EEPROM軟件
信息安全固件(HSM Firmware)和安全啟動(Secure Boot)
基于LIN/CAN(FD)/FlexRay車載通信總線的傳輸層協(xié)議(TP)/統(tǒng)一診斷服務(wù)(UDS)/參數(shù)標(biāo)定協(xié)議(XCP) stack
基于車載總線的應(yīng)用軟件升級(bootlodaer/FOTA)
基于車載以太網(wǎng)通信的時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)、DoIP診斷協(xié)議棧、面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)
多核通信和同步(IPC)軟件
電機控制庫和參數(shù)標(biāo)定軟件
當(dāng)然,這其中很多中間件軟件也可以通過與第三方合作伙伴(3rd Partner)建立軟件生態(tài)的方式提供。比如NXP的軟件生態(tài)合作伙伴如下:
總結(jié)
本文只是拋磚引玉地概述了車規(guī)芯片的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和為了保證可靠性和質(zhì)量所需的設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)制造、封裝測試、應(yīng)用軟件開發(fā)生態(tài)、售后失效分析各個環(huán)節(jié)的要求。后續(xù)我的《漫談車規(guī)MCU》系列公眾號文章將針對本文提到的每個車規(guī)芯片相關(guān)topic具體展開介紹更多細節(jié),希望對大家和中國車規(guī)芯片的發(fā)展有所幫助。 ?
Enwei Hu(胡恩偉) ?
編輯:黃飛
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