陈光祖:单片机是汽车电子业发展基石

2014-08-01 09:30:40来源: 新华汽车

   

    单片机的电子学名称为微控制器(MCU),在当代单片机已成为汽车电子产业发展的基石。单片机并不是什么神秘的东西,它已广泛的存在于人们工作与生活方方面面,无时不刻的在接触与使用中,只不过它装在电器产品的内在空间,我们很少能看到,也意识不到而已。如我们的手机、电视、空调、微波器、洗衣机、音响、电热水器、汽车……等,都装有各种各样的单片机为核心的微型计算机或微处理器中,而且它的作用和地位越来越重要,难怪国内外信息专家说:现在我们正生活在单片机的花花世界中。

    那么,什么是单片机?它实际上是一种特殊的,高级的芯片,它不像一般芯片那样,只能完成某一逻辑的功能,可以说它是非常微妙的脑型芯片。

    单片机的作用是将微型计算机上的中央处理器(CPU),随机存储器(RAM),只读存储器(POM)和输入/输出(I/O)端口连接在一起,单片机就像人脑一样,在程序编程,计算运作,下达指令起到了核心作用,即主要的性能都体现在单片机的功能上,以此构成一个现代化的,整体性的电控单元结构(ECU)

    近年,单片机还有一个名称,叫“用户定义的集成电路(CSIC)”,即为满足用户多样化个性要求,要针对这种需求,设计不同类别,不同型号具有兼容性能的单片机。

    单片机在现代的汽车上已得到广泛的使用,一辆豪华轿车可能装上一、二百个单片机所构成的微型计算机,即便是一辆中级轿车上也装上六、七十个单片机。随着汽车电子事业的不断进步,汽车已成为高性能单片机最大的应用场地,应用在各种汽车电控产品和车载电子产品领域上。

小小的单片机

    早在1968年,美国物理学家罗伯特·诺伊斯和化学家戈登·摩尔(即后来摩尔定律发明者),就在当时仙童半导体公司从事单片机研究,到1971年他们在美国英特尔公司发明了单片机,1975年正式投入生产,从此单片机事业得到不平凡的发展,可以这样说:

    上世纪的70年代是单片机的萌芽时期,人们一边研究,一边改进,一边在工业领域进行探索性应用;到80年代初,进入比较完美应用时期,如当时英特尔已能生产MCS-48,8位的单片机,用在工业领域电子产品的控制上;到80年代末,进入大量生产和应用时期,单片机已形成众多接口性能,技术捕捉能力不断提升,脉冲调节,高速传输,程序的可靠运行都很好,在汽车上也得到应用,单片机的时代来临了;到了90年代,一种嵌入式单片机的发明,促使单片机的应用进入一个新时期,单片机的发展有了新的思路,单片机进入系统应用时期;进入新世纪,单片机应用进入成熟时期,它的用途已经社会化,出现单片机丰富多彩的技术创新,形成不同领域扩展和应用,促使单片机既要向众多低端的电器产品上使用,市场扩增,同时也向高端层次产品提供需求,如军工、航空、航天、网络、新能源,电动汽车上应用;到2010年后,单片机的智能化水平迅速提高,不断应用超导、纳米、网络、高级软件、以至石墨烯等高科技,单片机变得又簿又小,而应用性能都大量提高,现在一个指甲大小的单片机上已集成能发出上亿次,或10亿次以上的运行频率,可以模拟人脑的感知行为,具有人脑思考的芯片也搞出来了,被称为“神经元”单片机。可见一个小小的单片机,有多少科学家,企业家,工程技术人员,技术工人,花了近半个世纪的艰辛努力,才呈现出今天爆发式的发展局面。

    归纳起来,当前单片机发展特色是:大容量、超高速、多功能、低能耗、微型化、专用化、安全性、价格廉和智能化方向发展,特色十分鲜明,小小的单片机正玩转了世界。

    正是单片机市场应用领域不断扩展,产品不断增进,成本不断下降,在世界上出现一批著名的单片机跨国公司,如英特尔、飞思卡尔、英飞凌、飞利浦、意法、日立、松下、NEC、三星、瑞萨等等,其中飞思卡尔是从摩托罗拉公司分离出来,专门生产以汽车为主的单片机公司。

    我国也出现一批单片机生产企业,主要在深圳,上海、广州、江、浙等地带,产量很大,但多生产比较低端的,更为廉价的单片机,因为单片机市场无限的在发展,市场上竞争和垄断格局同时并存,单片机的老产品不断的在淘汰,新产品不断的在涌入市场,争夺局面十分激烈。由于中国单片机市场很大,英特尔、英飞凌、三星等公司都在中国西安、重庆、北京等地区设立单片机生产个业,也有的是大家合作的,中国单片机市场出现了多元化现象。

    这里要说明的是汽车上的单片机,在世界上只有很少数跨国企业在生产,而且形成技术垄断局面,近期我国单片机公司还不能生产汽车上用的单片机,单片机的供应百分之百靠近口,这是我们汽车电子产业上核心科技重大的缺失,建立自己掌握汽车用单片机的技术和基地是我们十分期待一项迫切问题。

单片机的又一场革命

    随着IT业和众多高科技日新月异发展,一种以嵌入式片上系统单片机(SoC),在上世纪90年末发明和应用于社会上各行各业种种产品的电子控制上,这样标志着单片机的又一次革命年代的到来。

    什么是嵌入式系统?它是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适应于系统应用,是功能、成本、体积、可靠性、功耗严格要求的专用计算机系统的集中表现。简单的说,凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可叫嵌入式系统。

    什么是嵌入片上系统(SoC)芯片?是一种高度集成化,固件化系统集成技术,使用SoC技术设计系统的核心,是把整个应用电子系统的全部功能都可以集中到一个芯片上,除了那些无法集成外部电路或机械零部件外,其他所有电路系统全部集中在一起,可以说一个芯片就具有一部计算机的全功况性能。

    自从上世纪70年代出现单片机以来,它的技术发展史大致有三个阶段,即单片机以微型计算机形态出现(SCM),这是第一阶段;再就是MCU微型控制器,这在上面已经都讲了,这是当代正广泛应用着产品,算是第二阶段;当前第三阶段是正在蓬勃发展的SoC专用单片机时代的来临,是单片机应用系统性设计的突破性发展,促使单片机成为嵌入式进入独立系统应用的全新阶段。但汽车上单片机的应用还多在第二阶段,即MCU微型控器应用上。

    汽车专用微控制器是通用单片机基础上进行改造,是为了适应汽车特殊环境和特性要求,而开发的微控制器,达到快速运算,精度很高,抗震性强,耐湿性好,防尘能力高等特性,目前汽车专用微处理器有8位,16位及32位,个别也向64位方向发展,但实际应用16位32位居多。各种形式单片机已十分广泛应用在汽油机电喷电控系统、柴油机共轧电控系统、发动机增压器电控系统、汽车巡航运行控制系统、汽车车身电子控制系统、空调自动控制系统、安全气囊协调控制系统、轮胎压力检测系统、汽车车载网络及通信控制系统等等。当然,在新能源汽车各种电控项目和智能化自动驾驶电控技术上应用也在不断发展中。

关键字:陈光祖  单片机  汽车电子

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mcu/2014/0801/article_15828.html
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北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

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