車載マイコンの動向

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1 車載マイコンの現状について ~2008 年度サーベイ ~ 2008 年 11 月 28 日 ( 財 ) 九州先端科学技術研究所

2 車のエレクトロニクス化 トヨタ自動車 ( *1936) 燃費 : 7 km/l トヨタ自動車 (Prius HEV 2006) 燃費 :35.5 km/l センサー : 無 ECUs: 無 センサー : 約 100 ECUs: 約 70 ECU: Electronic Control Unit 快適 かつ 高性能 ( 燃費 ) で環境に優しい 安全な自動車が常に求められている 2

3 車のエレクトロニクス化 高性能 ( 低燃費 ) 化 環境に優しい 安全性の向上 快適性 利便性の向上 高性能 ( 低燃費 ) 化 環境に優しい エンジン制御 ハイブリッド制御 安全性の向上 快適性 利便性の向上 1970 年 エアバッグ ABS 電子制御サスペンション ETC カーナビゲーション AV 電動ミラー 電動シート オートドアロック 1980 年 1990 年 2000 年

4 車のエレクトロニクス化 それぞれの ECU は独立した組込みシステム! 4

5 車載マイコン 車載マイコンとは : ECU に用いられる CPU および CPU と周辺機能やメモリを集積するデバイス MCU(Micro Control Unit) CPU の他 プログラムの実行に必要なメモリ 周辺回路を集積 MPU(Micro Processing Unit) メモリや周辺回路などは外付け 車載用として用いられる マイコン (MCU MPU) 製品の現状をサーベイ

6 車載マイコンの搭載数 ( 個 ) 40 国産ミドルクラス 1 台あたりにおけるマイコンの平均搭載数 出典 : 矢野経済研究所, 車載用 MCU と半導体メーカの自動車戦略 2005

7 車載マイコンの用途 パワートレイン制御 ガソリンエンジン ディーゼルエンジン ハイブリッド トランスミッションなど 安全制御 アンチロックブレーキ ブレーキアシストなど ボデー制御 ライト ドア開閉 パワーウインドウ ワイパー エアコン オーディオ ダッシュボード エアバッグなど マルチメディア カーナビ 車線維持支援 駐車支援 プリクラッシュ セーフティ 車間距離警報装置など

8 半導体各社の車載マイコン 車載マイコン向きに用いられている CPU の例 フリースケール セミコンダクター社 NEC エレクトロニクス社 ルネサステクノロジ社 Infineon テクノロジーズ社 性能 高 低 高 低 高 低 高 低 ボディ 安全 パワートレイン マルチメディア 情報通信 MPC55xx(32) MPC55xx(32) MPC55xx(32) MPC5xxx(32) S12(16) S12(16) S12(16) i.mx(32) S08(8) V850ES(32) 78K0(8) SH2A-FPU(32) M32C/80(32) M16C/60(32/16),H 8S,H8SX(16) R8C(16) V850ES(32), V850E(32) 78K0S(8) SH-4A(32) M32R-FPU(32) H8S, H8SX(16) V850 系 (32) SH7050(32) M32R(32), M32R-FPU(32) TriCore(32) XC22xx(16) XC23xx(16) XC164(16) XC866(8) () 内は基本命令のデータ幅 出典 : ARM11(32) SH-4A(32) SH-4(32) フリースケール セミコンダクタ社ホームページ : NEC エレクトロニクス社ホームページ : ルネサステクノロジ社ホームページ : Infineon テクノロジーズ社ホームページ :

9 車載マイコンに用いられる 主な周辺機能 メモリ ネットワークインターフェース LIN (Local Interconnect Network) CAN(Car Area Network) FlexRay 等 センサー入力 A/D 変換器 制御出力 割り込み制御 タイマカウンタ (<20Kbps) (<1Mbps) (<10Mbps) フラッシュメモリ ROM RAM

10 動作周波数 (MHz) 1000 車載マイコンの製品構成の例 ( ルネサステクノロジ社 ) 100 安全 ボディ ( ダッシュボードの表示 ) マルチメディア カーナビ ( メモリは外付け ) + マルチメディア 車線維持支援 駐車支援 プリクラッシュ セーフティ 車間距離警報装置など パワートレイン 10 * ボデー ROM サイズ (KByte) 出典 : ルネサスオートモティブ, 2008 年 10 月 ルネサス自動車マイコン, 2008 年 4 月

11 動作周波数 (MHz) 1000 車載マイコンの製品構成の例 ( ルネサステクノロジ社 ) 100 安全 ボデー ( ダッシュボードの表示 ) 16 ビット 32 ビット CPU 性能要求小 動作周波数 32MHz 以下 ( ダッシュボードの表示を除く ) プログラムサイズ小 10 * ボデー ROM サイズ (KByte) 出典 : ルネサスオートモティブ, 2008 年 10 月 ルネサス自動車マイコン, 2008 年 4 月

12 動作周波数 (MHz) 1000 車載マイコンの製品構成の例 ( ルネサステクノロジ社 ) 32 ビット CPU 動作周波数 (40MHz~80Mhz) プログラムサイズ大 100 パワートレイン ROM サイズ (KByte) 出典 : ルネサスオートモティブ, 2008 年 10 月 ルネサス自動車マイコン, 2008 年 4 月

13 動作周波数 (MHz) 1000 車載マイコンの製品構成の例 ( ルネサステクノロジ社 ) マルチメディア カーナビ ( メモリは外付け ) + マルチメディア 車線維持支援 駐車支援 プリクラッシュ セーフティ 車間距離警報装置など 100 性能要求大 32ビットCPU 高速な制御が求められる 動作周波数 (240MHz~600Mhz) 32ビットCPU マルチコア化 専用 HWを用いた 動作周波数 (80MHz~ 高速化 160Mhz) メモリは外付け ROM サイズ (KByte) 出典 : ルネサスオートモティブ, 2008 年 10 月 ルネサス自動車マイコン, 2008 年 4 月

14 車載マイコンの高性能化 性能要求の高い用途 マルチメディア マイコンの統合化 性能向上手法 アクセラレータの使用 マルチコア化 並列化

15 車載マイコンの性能向上手法 アクセラレータの使用 デバイスベンダアクセラレータ主な用途 NaviEngine NEC エレクトロニクス描画エンジンカーナビ SH77650 ルネサステクノロジ画像認識専用 H/W カーナビ

16 SH77650 ( ルネサステクノロジ ) カーナビ向けマイコン 白線検知などの走行支援のための画像認識を行う 高い性能が必要な 画像認識のため 画像認識専用ハードウェア ( 画像認識エンジン ) を アクセラレータとして搭載 上記 画像認識の実行をホスト CPU から 画像認識エンジンへオフロード ホスト CPU (32 ビット ) 画像認識エンジン 周辺機能 周辺機能 出典 : ルネサステクノロジ SH77650,

17 車載マイコンの性能向上手法 マルチコア化 デバイス ベンダ コア 主な用途 NaviEngine NECエレクトロニクス ARM11 x4 個 カーナビ SH7786 ルネサステクノロジ SH-4A x2 個 カーナビ MPC551x フリースケール Power x2 個 ボディ制御等

18 NaviEngine (NEC エレクトロニクス ) カーナビ向けシステム LSI カーナビ用アプリ開発の課題 ソフト開発の大規模化 高い性能要求 1. 既存のシングル CPU 用ソフトを そのまま実行可能 高性能化 2. 固定的な機能 (2D/3D 描画 ) に関し 専用 HW エンジンを用い CPU から実行をオフロード ARM11 ARM11 ARM11 ARM11 MPCore 周辺機能 高性能描画エンジン ビデオキャプチャ LCD コントローラ メモリインターフェース 出典 :NEC エレクトロニクスホームページ (

19 MPC551x ファミリ ( フリースケール セミコンダクター ) ボディ制御高性能化により ボディ制御に用いる機能を集約しマイコンの数を削減 メイン CPU 主なアプリの実行 I/O プロセッサ 基本的な命令のみを実装に絞り 面積コストを削減 割り込み処理など メイン CPU の補助的な役割 メイン CPU (32bit マイコン ) I/O プロセッサ (32bit マイコン ) クロスバスイッチ 周辺機能 メモリ ( フラッシュ, SRAM) 参考文献 : MPC5510: Power Architecture 32-bit MCU for Automotive, Freescale Semiconductor

20 車載マイコンの性能向上手法 XGATE と etpu ( フリースケール セミコンダクタ ) 割り込みによるタスク等を ホスト CPU からオフロード XGATE:S12(16bit マイコン ) のコプロセッサ (XGATE) etpu : 汎用の周辺機能 (etpu) として搭載 XGATE etpu ホスト CPU (16bit マイコン ) RISC プロセッサ ホスト CPU (16bit マイコン ) タイマー カウンター RISC プロセッサ 割り込み ホスト CPU のタスクのオフロード 割り込み処理のオフロード ある時間間隔により実行されるタスクのオフロード 参考文献 : Using the XGATE for Manchester Decoding 他, Freescale Semiconductor etpu: Enhanced Time Processor Unit, Freescale Semiconductor

21 リアルタイム性を満たすために必要な性能 オフロードによる性能最適化 発熱大 動作周波数が 2 倍の CPU CPU 2X 性能不足 X CPU 時間 コプロセッサにオフロード (CPU は同じ ) CPU コプロセッサ 21

22 IMAPCAR(NEC エレクトロニクス ) 画像認識向けシステム LSI 画像認識のための高い性能要求 自動車の走行する環境 検出対象に合わせデバイスをプログラム可能 画像認識に適したハードウェア構成 外部メモリ (SSRAM) DPLL メモリ転送制御部 ビデオ入出力制御部 PE PE PE PE PE キャッシュ シーケンス制御部 制御プロセッサ演算部 画像メモリ 128 並列プロセッサ 8-bit 4ay VLIW I/O レジスタ 制御プロセッサ 128 並列プロセッサ部ブロック図 CPU バスインターフェース IMAPCAR ブロック図 画像 I/O レジスタファイル (8bits x 28 本 ) Acc.Reg. ALU ALU ALU LSU Acc. RAM 出典 : 車載組込み用画像認識プロセッサ IMAPCAR, NEC 技法 Vol.60 No.2/2007 PE 部ブロック図

23 まとめ アプリの所望の性能を実現しコストを最小化 8bit~32bit マイコンが使用される アプリサイズに応じ異なる ROM サイズ アプリに必要な周辺機能による 多品種構成 車載マイコンでもマルチコア化 動作周波数による高性能化から並列化による高性能化 統合化によるマイコンの数の削減 性能クリティカルなタスクのオフロードによる性能最適化 アクセラレータを用いた性能クリティカル箇所のオフロードによる性能最適化

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