駕駛環境的設計是汽車行業的一個主要差異競爭力，而儀表板又是其中的一個關鍵要素。主流市場對于在主、副顯示屏上以一種用戶友好的方式顯示信息的需求正在不斷增高。各種新的功能和應用正通過娛樂、導航、先進駕駛輔助系統（ADAS）和故障診斷系統被不斷引入到汽車中，并整合到儀表盤上。雖然多功能汽車音響系統仍將是主要的顯示設備，但儀表盤將能為駕駛員提供一個輔助顯示屏，主要用于查看多媒體內容，或僅用于查看主要的車輛信息和ADAS的安全數據。其結果就是便于駕駛員觀看的TFT顯示屏系統是發展的大趨勢，其主要作為混合式儀表板的一部分，同時抬頭顯示器（HUD）也是邏輯上符合此趨勢的應用。

　　市場對于成本非常敏感，但要求設計人員尋找可擴展的解決方案來實現這些應用，同時考慮實現車載電子系統的ISO26262和安全性要求。質量、穩定性、功能安全性、數據安全性、低功耗等是主要指標。從成本的角度而言，多個領域的顯示和半導體技術均提供合理的價格，如LCD和TFT、圖形處理器和控制單元、傳感器、LED模塊、內存等。

　　MCU配有一個抑制擺幅差分信號（RSDS）接口，它允許控制器連接廉價顯示屏，從而降低物料清單（BOM）成本。除了圖形功能之外，SoC還應支持儀表板中所需的其它功能，例如，直接驅動至少6個步進電機，其中包括支持零點檢測和發聲功能，后者可以通過單音調的低成本音頻發生器實現。

　　通過不斷進步和創新，所有這些組件的性價比變得越來越高，讓我們能夠將TFT顯示屏應用到中、低端儀表板上，因為現在有高性能的單芯片解決方案不僅提供更多功能，而且也節省了空間和成本。嵌入式系統設計人員如何為汽車儀表板或HUD 應用找到正確的單芯片解決方案？讓我們對此進行詳細探討。

　　集成功能

　　開發人員需要集硬件、軟件、工具和服務于一身、并能幫助他們滿足上述要求的解決方案。很多控制器采用ARM內核，并內置2D圖形引擎。它們包含所需的安全功能，可滿足當前的低功耗需求，而且遵從汽車行業的質量和可靠性的高標準。使用一個通用內核架構的控制器具備代碼兼容性，而且一系列廣泛的基于ARM® Cortex的控制器可讓用戶繼續使用他們喜愛的開發工具，從而縮短軟件開發時間，減少工作量。

　　節省空間和成本的一個方法就是選用配備嵌入式閃存或RAM－而非外置內存－的MCU和SoC（參見圖1）。取決于具體應用，采用一個性能至少為200 DMIPS的主處理器可能更好。汽車電子應用的程序設計通常擁有很多中斷和分支，對片上閃存的無等待周期的直接代碼訪問能夠提升芯片性能以滿足這些應用。對于圖形應用以及那些運行頻率比最大閃存頻率高得多的應用而言，應提供通過合理大小的緩存訪問閃存。

　　圖1：Spansion的HyperFlash閃存將讀吞吐量提升至333 MB/s，是速度最快的Quad SPI閃存的5倍，引腳數是并行NOR閃存的三分之一。此外，它還能節省空間和成本。面向混合顯示屏的SoC能夠控制傳統的步進電機，連接車載網絡，并同時驅動兩個顯示屏。

　　隨著混合式儀表板和HUD進入中端市場，并在將來進入低端市場，一個高質量的2D圖形引擎將是SoC的一個關鍵功能。開發人員面臨同時提高圖形儀表板的運行速度和性價比的挑戰。內置圖形處理能力的單芯片解決方案是最佳選擇。設計人員應該尋找這樣的系統，其中像素處理（位塊傳輸操作）、旋轉、縮放、漸變等主要的圖形處理功能在硬件中加速，不需要在軟件中處理。一個命令序列器或者圖形子系統中的另一個內核將能實現圖形和CPU內核的并行操作，從而提升系統的總體性能。

　　當今的高速SPI接口在需要時可連接外置內存，與早期的并行內存相比，可節省電路板空間和成本。下一代版本將提高讀取速度和帶寬，同時減少引腳數和所占空間（參見圖2）

　　圖2：Spansion Titan MB9EF226內置一個圖形引擎和快速片上閃存，從而大幅提升了緊湊、經濟型控制器的性能。

　　另一個選擇是配備一個抑制擺幅差分信號（RSDS）接口，該接口允許控制器連接廉價顯示屏，從而進一步降低BOM成本。除了圖形功能之外，SoC還應支持儀表板中所需的其它功能，例如，直接驅動至少6個步進電機，其中包括支持零點檢測和發聲功能，后者既可以是一個用于播放單音調的低成本音頻發生器，也可以是一個用于在外置設備上播放復雜聲音的I2S接口；當然，還應能通過CAN、MOST（MLB）或將來的Ethernet連接其它車載模塊。內存占用應考慮以下因素：除了應用自身之外，控制器還必須運行AUTOSAR和一個HMI工具引擎。為了實現這些功能，設計人員應使用一個Flash容量不低于1.5MB的產品。

　　本文選自電子發燒友網7月《汽車電子特刊》Change The World欄目，轉載請注明出處！
　　

　　功能安全性

　　除了以最高效的方式實現顯示功能之外，還必須滿足一些安全要求，才能確保能夠在需要時顯示正確的信息。例如，用于在儀表板上顯示檔位的應用必須被設計為：寧可不顯示任何內容，也不能顯示錯誤檔位。支持該功能的一種方法是使用一個所謂的簽名單元，它為所顯示的圖像創建簽名。系統將這個所創建的簽名與將要顯示的正確圖像的預定義值進行對比。系統能夠迅速檢測到故障，然后選擇顯示正確圖像，或者關閉錯誤圖像。

　　為了滿足安全標準，應將多項措施集成到MCU中，以防范可能損害功能的軟件問題。近些年來，這種做法在ECU（引擎控制單元）領域中很常見，但在儀表板應用中，經常會出現應該把哪些功能集成到MCU中的問題。在開發儀表板或HUD應用時，為了能夠滿足汽車應用的安全要求，嵌入式系統設計人員應尋找以下功能：

　　■ 內存保護單元（MPU）旨在防范其它功能執行的錯誤或意外覆蓋操作。一個MPU應至少擁有12至16個配有不同權限（如讀、寫、執行權限等）的通道或區域。它是滿足汽車開放系統架構（AUTOSAR）要求的一個基本功能；此外還有時序保護單元（TPU），該單元能夠控制正在運行的任務，并在一定時間后終止它們。

　　■ 一個不太常見但卻強烈建議集成到設計中的功能就是所謂的外設保護單元（PPU）。您還需要保護外設區域，而PPU能夠讓您做到這一點。

　　隨著越來越多的虛擬內容進入儀表板，而且汽車的聯網程度變得越來越高，開發人員需要考慮如何保護車載網絡免遭黑客攻擊和其它攻擊。目前的安全要求已不能單靠軟件高效地得到滿足，各種設計需要在硬件中打下堅實的基礎。硬件中的實現能夠讓您的系統具備更高的防篡改能力。

　　MCU需要防范未經授權的讀取操作或對閃存內容的操縱，并防止應用運行期間受到操縱，實現安全的通信和數據存儲，以搭建一個安全的車載網絡。例如，一個循環冗余校驗（CRC）模塊與簽名單元的工作原理類似，目的是防止篡改。Spansion提供一個片上硬件單元，它支持CRC，而且速度比軟件解決方案要快。我們的MCU還包含一個器件安全概念，它通過關閉外部接口和調試接口的訪問功能，保護閃存免遭未經授權的讀取。一個內置的安全硬件擴展（SHE）模塊為這個概念提供了進一步的支持。

　　開發人員應該牢記：安全性和可測試性成反比。這意味著，一旦關閉了硬件系統，某些測試就不再可能實現了。如果閃存100%禁止讀取操作，當故障發生時，我們就不可能對比閃存內容和原始軟件。因此，必須選擇能夠根據應用的具體要求實現不同的安全等級的硬件。

　　在競爭激烈的全球經濟中，汽車制造商需要以更低的成本提供更多的功能：從傳動到顯示，從信息顯示到儀表板。幸運的是，新一代單芯片解決方案已經誕生，并朝著40納米工藝的方向發展，擁有更高的性能和更大的存儲容量。它們將能實現分辨率更高、顯示屏更大、面向中低端汽車儀表板的更多圖形應用。通過探索上述幾種選擇，開發人員將能找到一個可滿足具體系統的要求的理想解決方案。


　　本文選自電子發燒友網7月《汽車電子特刊》Change The World欄目，轉載請注明出處！