驾驶环境的设计是汽车行业的一个主要差异竞争力，而仪表板又是其中的一个关键要素。主流市场对于在主、副显示屏上以一种用户友好的方式显示信息的需求正在不断增高。各种新的功能和应用正通过娱乐、导航、先进驾驶辅助系统（ADAS）和故障诊断系统被不断引入到汽车中，并整合到仪表盘上。虽然多功能汽车音响系统仍将是主要的显示设备，但仪表盘将能为驾驶员提供一个辅助显示屏，主要用于查看多媒体内容，或仅用于查看主要的车辆信息和ADAS的安全数据。其结果就是便于驾驶员观看的TFT显示屏系统是发展的大趋势，其主要作为混合式仪表板的一部分，同时抬头显示器（HUD）也是逻辑上符合此趋势的应用。
市场对于成本非常敏感，但要求设计人员寻找可扩展的解决方案来实现这些应用，同时考虑实现车载电子系统的ISO26262和安全性要求。质量、稳定性、功能安全性、数据安全性、低功耗等是主要指标。从成本的角度而言，多个领域的显示和半导体技术均提供合理的价格，如LCD和TFT、图形处理器和控制单元、传感器、LED模块、内存等。
MCU配有一个抑制摆幅差分信号（RSDS）接口，它允许控制器连接廉价显示屏，从而降低物料清单（BOM）成本。除了图形功能之外，SoC还应支持仪表板中所需的其它功能，例如，直接驱动至少6个步进电机，其中包括支持零点检测和发声功能，后者可以通过单音调的低成本音频发生器实现。
通过不断进步和创新，所有这些组件的性价比变得越来越高，让我们能够将TFT显示屏应用到中、低端仪表板上，因为现在有高性能的单芯片解决方案不仅提供更多功能，而且也节省了空间和成本。嵌入式系统设计人员如何为汽车仪表板或HUD 应用找到正确的单芯片解决方案？让我们对此进行详细探讨。
集成功能
开发人员需要集硬件、软件、工具和服务于一身、并能帮助他们满足上述要求的解决方案。很多控制器采用ARM内核，并内置2D图形引擎。它们包含所需的安全功能，可满足当前的低功耗需求，而且遵从汽车行业的质量和可靠性的高标准。使用一个通用内核架构的控制器具备代码兼容性，而且一系列广泛的基于ARM® Cortex的控制器可让用户继续使用他们喜爱的开发工具，从而缩短软件开发时间，减少工作量。
节省空间和成本的一个方法就是选用配备嵌入式闪存或RAM－而非外置内存－的MCU和SoC（参见图1）。取决于具体应用，采用一个性能至少为200 DMIPS的主处理器可能更好。汽车电子应用的程序设计通常拥有很多中断和分支，对片上闪存的无等待周期的直接代码访问能够提升芯片性能以满足这些应用。对于图形应用以及那些运行频率比最大闪存频率高得多的应用而言，应提供通过合理大小的缓存访问闪存。
图1：Spansion的HyperFlash闪存将读吞吐量提升至333 MB/s，是速度最快的Quad SPI闪存的5倍，引脚数是并行NOR闪存的三分之一。此外，它还能节省空间和成本。面向混合显示屏的SoC能够控制传统的步进电机，连接车载网络，并同时驱动两个显示屏。
随着混合式仪表板和HUD进入中端市场，并在将来进入低端市场，一个高质量的2D图形引擎将是SoC的一个关键功能。开发人员面临同时提高图形仪表板的运行速度和性价比的挑战。内置图形处理能力的单芯片解决方案是最佳选择。设计人员应该寻找这样的系统，其中像素处理（位块传输操作）、旋转、缩放、渐变等主要的图形处理功能在硬件中加速，不需要在软件中处理。一个命令序列器或者图形子系统中的另一个内核将能实现图形和CPU内核的并行操作，从而提升系统的总体性能。
当今的高速SPI接口在需要时可连接外置内存，与早期的并行内存相比，可节省电路板空间和成本。下一代版本将提高读取速度和带宽，同时减少引脚数和所占空间（参见图2）
图2：Spansion Titan MB9EF226内置一个图形引擎和快速片上闪存，从而大幅提升了紧凑、经济型控制器的性能。
另一个选择是配备一个抑制摆幅差分信号（RSDS）接口，该接口允许控制器连接廉价显示屏，从而进一步降低BOM成本。除了图形功能之外，SoC还应支持仪表板中所需的其它功能，例如，直接驱动至少6个步进电机，其中包括支持零点检测和发声功能，后者既可以是一个用于播放单音调的低成本音频发生器，也可以是一个用于在外置设备上播放复杂声音的I2S接口；当然，还应能通过CAN、MOST（MLB）或将来的Ethernet连接其它车载模块。内存占用应考虑以下因素：除了应用自身之外，控制器还必须运行AUTOSAR和一个HMI工具引擎。为了实现这些功能，设计人员应使用一个Flash容量不低于1.5MB的产品。
本文选自电子发烧友网7月《汽车电子特刊》Change The World栏目，转载请注明出处！
功能安全性
除了以最高效的方式实现显示功能之外，还必须满足一些安全要求，才能确保能够在需要时显示正确的信息。例如，用于在仪表板上显示档位的应用必须被设计为：宁可不显示任何内容，也不能显示错误档位。支持该功能的一种方法是使用一个所谓的签名单元，它为所显示的图像创建签名。系统将这个所创建的签名与将要显示的正确图像的预定义值进行对比。系统能够迅速检测到故障，然后选择显示正确图像，或者关闭错误图像。
为了满足安全标准，应将多项措施集成到MCU中，以防范可能损害功能的软件问题。近些年来，这种做法在ECU（引擎控制单元）领域中很常见，但在仪表板应用中，经常会出现应该把哪些功能集成到MCU中的问题。在开发仪表板或HUD应用时，为了能够满足汽车应用的安全要求，嵌入式系统设计人员应寻找以下功能：
■ 内存保护单元（MPU）旨在防范其它功能执行的错误或意外覆盖操作。一个MPU应至少拥有12至16个配有不同权限（如读、写、执行权限等）的通道或区域。它是满足汽车开放系统架构（AUTOSAR）要求的一个基本功能；此外还有时序保护单元（TPU），该单元能够控制正在运行的任务，并在一定时间后终止它们。
■ 一个不太常见但却强烈建议集成到设计中的功能就是所谓的外设保护单元（PPU）。您还需要保护外设区域，而PPU能够让您做到这一点。
随着越来越多的虚拟内容进入仪表板，而且汽车的联网程度变得越来越高，开发人员需要考虑如何保护车载网络免遭黑客攻击和其它攻击。目前的安全要求已不能单靠软件高效地得到满足，各种设计需要在硬件中打下坚实的基础。硬件中的实现能够让您的系统具备更高的防篡改能力。
MCU需要防范未经授权的读取操作或对闪存内容的操纵，并防止应用运行期间受到操纵，实现安全的通信和数据存储，以搭建一个安全的车载网络。例如，一个循环冗余校验（CRC）模块与签名单元的工作原理类似，目的是防止篡改。Spansion提供一个片上硬件单元，它支持CRC，而且速度比软件解决方案要快。我们的MCU还包含一个器件安全概念，它通过关闭外部接口和调试接口的访问功能，保护闪存免遭未经授权的读取。一个内置的安全硬件扩展（SHE）模块为这个概念提供了进一步的支持。
开发人员应该牢记：安全性和可测试性成反比。这意味着，一旦关闭了硬件系统，某些测试就不再可能实现了。如果闪存100%禁止读取操作，当故障发生时，我们就不可能对比闪存内容和原始软件。因此，必须选择能够根据应用的具体要求实现不同的安全等级的硬件。
在竞争激烈的全球经济中，汽车制造商需要以更低的成本提供更多的功能：从传动到显示，从信息显示到仪表板。幸运的是，新一代单芯片解决方案已经诞生，并朝着40纳米工艺的方向发展，拥有更高的性能和更大的存储容量。它们将能实现分辨率更高、显示屏更大、面向中低端汽车仪表板的更多图形应用。通过探索上述几种选择，开发人员将能找到一个可满足具体系统的要求的理想解决方案。
本文选自电子发烧友网7月《汽车电子特刊》Change The World栏目，转载请注明出处！
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