汽车电子中所使用的半导体即车规级芯片，主要有主控芯片（MCU/SoC），功率芯片（IGBT），传感器芯片(CIS)和存储芯片(Flash)四大类，车规级芯片广泛应用于汽车的动力系统、智能座舱及自动驾驶系统，是汽车电子不可或缺的核心元器件。

一、MCU芯片介绍

MCU即微控制单元（Micro Controller Unit），又称单片机（Single Chip Microcomputer），是将CPU、存储、外围功能都整合在单一芯片上具有控制功能的芯片级计算机，作为高度集成的微型计算机控制系统，单片机具有系统结构简单、可靠性高、处理功能强、低电压和低功耗、环境适应能力强等特点，已广泛应用于汽车电子、工业控制、仪器仪表、家电等领域。

在汽车电子的各个系统当中，往往需要采用车用MCU（车用微控制器）作为运作控制的核心，负责各种信息的运算处理，用于汽车的动力总成、辅助驾驶、网络互联、底盘安全、信息娱乐以及车身电子等方向。

1 ► MCU的基本结构

构成MCU的几个重要组件包括：

（1）中央处理器（CPU）

CPU是单片机的大脑。它由算术逻辑单元(ALU)和控制单元(CU)组成。CPU读取、解码和执行指令以执行算术、逻辑和数据传输操作。

（2）存储单元

任何计算系统都需要两种类型的存储器：程序存储器和数据存储器。程序存储器，顾名思义，包含程序，即要由CPU执行的指令。另一方面，数据存储器需要在执行指令时存储临时数据。通常，程序存储器是只读存储器（ROM），数据存储器是随机存取存储器（RAM）。

（3）输入/输出端口

单片机与外部世界的接口由输入/输出端口（I/O端口）提供。开关、键盘等输入设备以二进制数据的形式从用户向CPU提供信息。CPU在接收到来自输入设备的数据后，执行适当的指令并通过LED、显示器、打印机等输出设备做出响应。

（4）定时器/计数器

单片机的重要组件之一是定时器和计数器。它们提供时间延迟和计数外部事件的操作。此外，定时器和计数器可以提供函数生成、脉宽调制、时钟控制等。

（5）总线

单片机的另一个重要组件，但很少讲到，它就是系统总线。系统总线是一组连接线，将CPU与其他外围设备（如内存、I/O端口和其他支持组件）连接起来。

2 ► MCU的工作原理

MCU的工作原理是逐条执行预存指令的过程，不同类型的单片机有不同的指令系统。为了让一个单片功能自动完成某项具体任务，必须将所要解决的问题编成一系列的指令，并且这些指令必须是由一个单独的函数来识别和执行的，这样一系列指令的集合就变成了程序，这些程序需要预先储存在有存储能力的存储器中，也就是我们常说的内存。

由于程序是按顺序执行的，因此程序中的指令也是一条条地存储，MCU在执行程序时要将这些指令逐个提取并执行，必须拥有能够跟踪指令所在存储单元的功能，这个部分就是程序计数器PC(包括CPU在内)，当程序开始运行时，PC将会被分配到程序中每一条指令的存储单元，并一一执行该项指令，PC中的内容自动增加，增加量由这个指令长度决定，每一条都指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。

内核架构是影响MCU性能的一个关键要素，更优秀的运算单元需要更先进的内核架构。十几年前，各大MCU厂商均采用各自的内核，如瑞萨采用RX内核，飞思卡尔采用PowerPC，微芯采用PIC，Atmel采用AVR。随着ARM推出Cortex-M架构并开展了独特的开创IP授权的模式，以其软件代码的共享和高兼容性、高密度指令集等特点，现已逐步占据主导地位。

3 ► 车规MCU的种类

车规MCU按位数可分为8位、16位和32位。位数即MCU单次处理数据宽度，位数越高，MCU性能越强。

8位MCU成本/功耗低，便于开发，性能可满足大部分场景需要，广泛应用于基础功能如风扇、雨刷、天窗，座椅控制等领域。32位MCU运算能力更强，能满足高速处理的需求，多用于解决复杂场景问题，如汽车智能座舱、车身控制、辅助驾驶，行车安全系统等领域。32位的CPU内核以ARM为主流架构，由于CPU指令集庞大，软件开发难度较高，单价一般数倍于8位MCU，因而也有较高的研发壁垒。

从不同位数MCU规模占比来看，目前全球MCU芯片产品以32位为主。受益于其体积小性能优的特性以及汽车智能化的趋势，32位MCU销售额占比已经从2010年的38.1%提升至2015年的53.7%，进而跃升至2021年65.8%。随着汽车智能化和电动化进一步发展，汽车电子功能将日趋复杂，势必推动车规MCU向更高性能，更小尺寸，更低功耗的方向发展，32位芯片占比有望进一步提高。

二、MCU产业链概况

MCU产业链上游为半导体材料及半导体设备，主要包括硅片、光刻胶、光掩模、电子特种气体、靶材、单晶炉、刻蚀机、光刻机等。中游为MCU制造环节，主要包括芯片设计、单晶硅片制造、晶圆制造、芯片封测。下游应用领域包括汽车电子、工业控制、消费电子、计算机网络等。

三、MCU市场情况

1 ►  市场规模

IC Insights的数据显示，全球MCU市场规模从2015年的159亿美元增长至2021年的221亿美元，CAGR为5.6%；2022年全球MCU市场规模有望达239亿美元，同比增长8.1%。

MCU是汽车从电动化向智能化深度发展的关键元器件之一，汽车也是全球MCU第一大应用市场，占比超过1/3，平均每辆汽车MCU需求量高达上百颗。随着汽车半导体行业技术演进和需求升级，智能化将逐步成为相关厂商竞争的主战场，接力电动化成为重要驱动力，MCU作为核心算力芯片深度受益。

2 ► 竞争格局 

根据Omdia，MCU市场主要由欧美日芯片厂商牢牢把持，前七大厂商占据全球85.4%的市场份额，但各家企业的占比相对较为平均。

国内MCU市场方面，根据CSIA和中国汽车工业协会的数据，2021年国内MCU市场约85%（2019年为94%）由外资把持，MCU国产化率低且多集中于消费级，车规级MCU自给率尚不足5%，仍有很大国产替代空间。

根据富昌电子，2022年4季度的全球车规半导体仍处于供不应求的状态，主要车规MCU大厂如意法半导体，恩智浦和微芯科技都存在不同程度的供货紧张态势，不论是芯片价格还是货期较之前两个季度都有明显的升高。海外大厂的产能扩张尚不能满足市场需求，国内MCU企业有望把握这个供需错配的时间窗口，凭借先前的投入，与国内下游造车新势力合作，加速车规级MCU的国产替代进程。

四、MCU技术发展趋势

1 ►更高算力

随着汽车智能化程度的不断增加，车规级MCU将向多功能集成、高算力及超低功耗方向发展，且使用数量也会随之增加。同时，未来智能汽车中大量使用的车载传感器、车载摄像头，也需要高性能的MCU来做模拟数据的运算处理与驱动控制。因此，在未来更高阶自动驾驶等级的汽车中，加以多传感器融合的大趋势下，总线宽度32位乃至64位高算力车规级MCU将成为主流产品，而8/16位中低端MCU则会被更高制程的SOC所集成，失去增长动力。

2 ►  更高集成度

由于集成更多功能，主控芯片的算力要求会指数上升，部分MCU会和GPU，DSP，NPU和AI处理单元等不同类型芯片共同被集成到SoC(系统级芯片)上。SoC是MCU集成度更高的结果，其功能更复杂，资源利用效率更高，可胜任如无人驾驶和智能座舱等需要高算力的场景。

3 ►  更高开放度

由于ARM内核IP授权费高昂(芯片售价的2%-15%)，很多厂商已开始基于开源的RISC-V内核开发MCU，如瑞萨，英特尔，兆易创新等。RISC-V不仅完全免费开源，还具有低功耗，指令集精简，设计编译简单，支持模块化和可拓展等的特点，这和车规级MCU场景碎片化，功能模块化的特点十分契合。

近几年来，MCU 的产品种类越来越丰富，在功耗、性能、成本、生态、供应链等领域有了更多选择。同时，工业和汽车市场，甚至消费市场数字化、智能化进程的加速，也给通用 MCU 带来新的爆发点。IC Insights 的数据显示，MCU 在 2021 年和 2022 年两年间出货量和平均售价持续增长，超过了 200 亿美元，其中工业和汽车市场增幅最大。

德州仪器的 32 位 Arm®️ Cortex®️ M0+ 通用 MCU MSPM0 正是在此大环境下推出。作为德州仪器首款 Arm®️ Cortex®️ M0+ 的通用 MCU，这款产品是否会给持续火热的 MCU 市场带来新活力呢？

德州仪器 MSP HSM 全球市场经理 Linda Liu 在接受 eeworld 记者采访时，用三句话总结了 MSPM0 的特点：“更多的产品组合，更高性价比以及更简单易用。”

更多的产品组合

Linda 表示，尽管 M0+ 已经诞生了十余年，但凭借其低功耗和高性价比的特点，市场需求依然强大，可涵盖从工业到汽车、从消费到医疗的大部分应用。

在通用嵌入式市场中，最重要的就是产品种类要足够丰富，从而覆盖客户的各类开发或升级需求。预计今年 MSPM0 将推出 100 余种产品，涵盖不同的封装、引脚数、温度范围及模拟、通信等外设，同时保持同封装产品的引脚兼容。“MSPM0 在保留低功耗特性的同时，在数字、模拟等方面都支持更多功能，并以灵活组合的方式进行集成。”Linda 表示。

尤其是在模拟集成方面，MSPM0 充分利用了德州仪器在模拟 IP 上丰富的积累。例如，MSPM0 有些产品集成了两个独立 12 位 ADC，有效位高达 11.2，并支持硬件过采至 14 位；采样时，速率最高可达 4 兆。而一般 MCU集成的 12 位 ADC 很难做到这么高的有效位。MSPM0 内部还集成零漂运算放大器以及跨阻放大器，并且放大器具有分时管脚复用功能，因此可以替代更多的外部运放。

而在接口方面，MSPM0 集成了 CAN-FD 控制，更好满足工业或汽车应用的需求。在计算能力方面，尽管 MSPM0 使用了 Arm®️ Cortex®️ M0+ 内核，但其内部还集成了硬件数学加速器 IP，可直接支持除法，开方，以及反三角函数等计算，以提升 MCU 的算力。另外，计时器方面，MSPM0 除了支持通用定时器，还支持包括死区控制，故障检测等高级定时器多路 PWM，从而更好地支持电机控制等应用。在部分应用中，这种集成硬件加速器的方式比 M4 内核等效算力可能还要更高。

由于工业和汽车领域的要求，MSPM0 也额外加强了安全方面的管理，支持 AES，TRNG，安全启动以及 ECC 存储器，从而增强了产品的安全性能。另外，MSPM0 的工作范围高达 125℃，适合拓展至更严苛的工业和汽车环境应用。

更高的性价比

针对嵌入式应用，BOM 成本往往是需要着重评估的，这不光体现在产品本身，更是要放到系统中进行整体考量。

MSPM0 的集成不光全面，而且性能足够优秀到可以替代外置的分立元件，不但增加了客户的可选择范围，更是极大地优化了客户的 BOM 成本。

更简单易用

对于 MCU 来说，开发工具是工程人员重要的考虑点。德州仪器提供全栈开发工具，配合各类 GUI，以及充足的文档和培训教程，可以减少用户的开发成本。

首先，借助 Arm 丰富的生态系统，MSPM0 可以利用 Arm 丰富的第三方平台。同时，德州仪器也在构建一个开放的生态平台，包括中间件、驱动库、操作系统以及电机控制等多种参考设计和参考代码，且所有代码充分考虑了产品兼容性，保护了开发成本。另外，德州仪器发布了 CCS Theia，Theia 是 Eclipse 的云端和桌面平台，它有着更好的开发体验，可显著提高开发效率。在图形化开发工具方面，德州仪器提供了 SysConfig 以及 Analog Configuration 两款 GUI 工具，可以让用户更友好地进行外设配置。

德州仪器也为工程师提供了 MSP Academy 培训平台，提供了各类模块的培训教程，适合各阶段的开发者学习。

更多选项，无限可能

MSPM0 作为德州仪器嵌入式领域发力的一大重点产品线，旨在通过丰富的产品组合，服务更广阔的大众市场，从而进一步扩大德州仪器在 MCU、嵌入式甚至周边模拟产品的市场。

“借助 MSPM0 全新的产品系列和丰富的资源支持，德州仪器展示了其提供可扩展产品组合的承诺，使工程师能够在几乎任何应用中灵活地进行创新。”Linda Liu 说。

近日，曦华科技与PEmicro达成合作伙伴关系，PEmicro的开发和生产的编程和调试工具现可支持曦华科技蓝鲸CVM011x系列车规MCU。

PEmicro

PEmicro的Cyclone编程器可用于蓝鲸CVM011x系列芯片的自动化产线编程。同时在开发过程中，Multilink调试器可用于该系列芯片的仿真调试；GDB Server Eclipse IDE plug-in可用于集成进Eclipse IDE进行开发调试工作。

蓝鲸CVM011x系列

蓝鲸CVM011x系列32位车规级MCU已顺利通过AEC-Q100 Grade1车规芯片可靠性认证，并开始正式量产供货。共有CVM0116和CVM0118两个系列，包括CVM0116FMFM、CVM0116BMFM、CVM0118FMLF和CVM0118BMLF等8款产品，可以满足不同细分应用领域的多场景产品性能需求。

2023年8月16日，高性能嵌入式解决方案厂商“上海先楫半导体（HPMicro）”正式发布全新产品系列——高性能运动控制微控制器 HPM5300。独具匠“芯”的HPM5300系列以强劲的性能、灵活的编码器优势、丰富的通讯接口和更小的封装等产品特点直击工业自动化、新能源和汽车电子三大热门领域应用痛点，助力行业实现高水平运控。

众所周知MCU行业是一个高端品牌集中度高，低端百花齐放的供应市场格局。高端MCU市场主要被国外龙头厂商所占据，在多年的市场和技术积累下，建立起了很深的护城河。工业自动化、新能源和汽车电子这三大热门领域是MCU行业非常具有代表性的高端应用场景，这些场景要求MCU有着更强的计算能力，更精准的控制能力以及更卓越的通讯能力。先楫半导体自创立之初就聚焦于高性能应用的市场需求，先后推出了HPM6700/6400、HPM6300和HPM6200三款高性能MCU，在算力和控制力等方面充分满足了高端市场的应用需求。

市场需求是多样化的，随着复杂运算、多媒体技术等创新应用的不断发展，市场对高性能运动控制MCU的需求也在快速增长。因此，先楫半导体本次推出的新品——HPM5300系列正是聚焦于高性能运动控制这一功能。这款产品相比先楫之前的产品系列更简单易用，上手开发的难度较低，具备更高的性价比优势，产品性能潜力大，市场前景广阔。

HPM5300系列是一款高性能RISC-V内核通用微控制器，支持双精度浮点运算及强大的DSP扩展，主频480MHz，达到甚至超越国际主流高性能MCU产品，满足大多数应用场景下的开发需求。主控芯片主频不够不再是限制运控能力的瓶颈，HPM5300系列能够做到高速运算，同时提升带宽，高带宽带来更快的指令响应时间，配合HPM5300独有的自主知识产品“高精度位置传感器系统”，支持主流多种类位置传感器，为运动控制带来独特的体验。

HPM5300是先楫半导体第一款全系列内置1 MB Flash的产品，同时内置288KB SRAM，极大避免了低速外部存储器引发的性能损失。模拟部分集成16bit ADC、12bit DAC以及运放，增强整个系统精度。HPM5300配置两个八通道的PWM模块，同时引入了PLB可编程逻辑单元，实现丰富、多逻辑的保护，提高了产品的稳定性。卓越的通讯能力在丰富的通讯接口上体现得淋漓尽致，HPM5300系列提供多种可灵活配置的接口，包含4路CAN-FD、4路LIN、多路UART/SPI/I2C以及USB OTG内置HS PHY，轻松实现各种接口类应用。

为了提高运控准确性，HPM5300系列支持各类位置传感器，包括光电式、磁感应和旋转变压器，同时提供灵活的编码器输入输出，兼容总线型、模拟类和脉冲型，匹配增量和绝对编码器各种输入输出信号形式，信号转化灵活、效率高。HPM5300系列可支持市面上主流的各类型编码器通讯协议，如多摩川、BISS-C、ENDAT、HIPERFACE等。

在灵活全面的位置反馈支持下，HPM5300系列在运控能力上得以进一步提升。同时HPM5300系列专门配置了运动处理单元，可提供位置预测和运动轨迹规划功能，为主处理器分担更多的工作量，提升效能。

目前，HPM5300系列目前可提供100 LQFP，64 LQFP，48 QFN等封装，更小的封装可缩小板级PCB尺寸，更小外观创造更多可能性。

本次发布的HPM5300系列产品主要面向工业自动化、新能源及汽车电子三大应用领域。目前，在工业自动化中的编码器和伺服驱动器，新能源中的微型逆变器，汽车电子中的IMU、ECU 和汽车座椅门控模块等应用中，HPM5300系列已显示出其独特的产品优势。同时，该产品系列提供 -40—105℃ Ta满足工业级和车规级的环境温度选项。我们希望携手众多合作伙伴，与终端客户一起发掘HPM5300系列产品应用层面的更多可能性。

独具匠“芯”的高性能运动控制MCU HPM5300系列，将以强劲的性能、丰富的接口、更小的封装、卓越的品质为工业自动化、新能源及汽车电子等领域应用带来丰富的算力和高效的控制能力。

供货情况：

HPM5300现已提供完整的样片、开发板和软件开发包支持。在硬件配套方面，HPM5300的开发板购买链接已在先楫半导体官网上线。

HPM5300系列已全面量产并可接受大批量订单。有关样片申请与芯片购买事宜，请联系先楫半导体的销售、官方代理商和方案设计公司。