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現(xiàn)在汽車在很大程度上受到數(shù)字技術(shù)進(jìn)步和消費(fèi)者需求的影響。當(dāng)前，汽車領(lǐng)域的所有創(chuàng)新都是由以下三個(gè)原則驅(qū)動(dòng)的：

• 汽車行業(yè)正越來越多地向司機(jī)和乘客提供更個(gè)性化的體驗(yàn)。
• 我們正在開發(fā)創(chuàng)新的解決方案，以確保車輛與外部設(shè)備之間的無縫連接。
• 為了確保駕駛員的輔助和安全，相關(guān)程序和功能正在實(shí)施中。

根據(jù)上述原則，最近的一些趨勢(shì)重新定義了行業(yè)現(xiàn)狀。數(shù)字化駕駛艙是這樣一種趨勢(shì)，在整個(gè)汽車行業(yè)引起了轟動(dòng)！

在這篇文章中，我們探討了構(gòu)成汽車數(shù)字駕駛艙的組件以及為其提供動(dòng)力的基礎(chǔ)技術(shù)堆棧。

數(shù)字座艙解決方案：徹底改變汽車座艙

物聯(lián)網(wǎng)和汽車電子技術(shù)推動(dòng)的數(shù)字駕駛艙——一場(chǎng)革命

什么是數(shù)字駕駛艙？ 首先讓我們了解一下。

數(shù)字座艙解決方案旨在通過打破各種車載接口之間的孤島來提供統(tǒng)一的數(shù)字體驗(yàn)。 因此，數(shù)字座艙是儀表盤、 平視顯示器（HUD），HVAC和信息娛樂系統(tǒng)等接口的集合 。

典型的數(shù)字座艙解決方案支持的功能列表

為什么需要一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字駕駛艙解決方案？

• ECU（電子控制單元）整合：在筒倉中時(shí)，儀表盤、信息娛樂系統(tǒng)和HVAC系統(tǒng)由多個(gè)控制單元、不同的操作系統(tǒng)和軟件模塊供電。隨著汽車數(shù)字駕駛艙的引入，輕松完成了汽車ECU整合的任務(wù)。借助Digital Cockpit，所有這些接口都可以通過使用通用的微控制器平臺(tái)/單芯片平臺(tái)來供電。這降低了與汽車電子相關(guān)的復(fù)雜性。
• 由數(shù)字接口組成的數(shù)字座艙解決方案使OEM可以克服模擬儀表板和其他接口的局限性。借助Digital HMI、汽車OEM和供應(yīng)商可以自由設(shè)計(jì)界面，以提供更相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表示。數(shù)字接口還擴(kuò)展了支持各種安全關(guān)鍵功能的范圍。

了解為數(shù)字駕駛艙提供動(dòng)力的技術(shù)堆棧

1.硬件模塊：

汽車座艙的硬件設(shè)計(jì)可能會(huì)因汽車制造商而異。但是，我們?nèi)匀豢梢苑治鰯?shù)字駕駛艙的硬件結(jié)構(gòu)的基本組件部分。

• 應(yīng)用處理器：現(xiàn)代數(shù)字駕駛艙系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力，可以完成各種功能。例如，管理多個(gè)音頻和視頻輸入/輸出，管理ADAS和駕駛員監(jiān)視功能、增強(qiáng)語音和圖像識(shí)別功能，支持實(shí)時(shí)導(dǎo)航等。
• 這需要功能強(qiáng)大且靈活的應(yīng)用程序處理器。OEM通常會(huì)尋找針對(duì)RTOS和虛擬化進(jìn)行了優(yōu)化的高性能應(yīng)用處理器。他們還需要證明有效的信號(hào)、圖像和視覺處理能力。
• 選擇數(shù)字座艙處理器的另一個(gè)主要方面是如何平衡安全關(guān)鍵要求和處理要求。這是至關(guān)重要的，特別是在執(zhí)行時(shí)間和安全的關(guān)鍵操作，如自動(dòng)剎車，以避免碰撞。
• Jacinto DRAx汽車處理器和Cortex-A76 -Arm處理器是目前使用的一些領(lǐng)先的Digital Cockpit處理器。許多OEM正在采用多核處理器的方式來滿足數(shù)字駕駛艙的嚴(yán)格處理和安全要求。
• 片上系統(tǒng)：許多現(xiàn)代的數(shù)字座艙解決方案都基于片上系統(tǒng)（SOC），使三個(gè)獨(dú)立的板可以管理信息娛樂系統(tǒng)、儀表板和平視顯示器。這種方法可以幫助他們大大節(jié)省成本和開發(fā)周期。用于數(shù)字座艙解決方案的典型SoC包括多媒體加速器、內(nèi)存、圖形處理單元、汽車外圍設(shè)備、連接接口和數(shù)字信號(hào)處理器。

TI新的強(qiáng)大的Jacinto DRAx SoC整合了幾個(gè)ecu的這些功能，就是一個(gè)很好的例子。

2.通訊接口：

現(xiàn)代車輛是一個(gè)由相互連接的子系統(tǒng)組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，這些子系統(tǒng)不斷相互通訊以有效運(yùn)行。

通信接口在實(shí)現(xiàn)車輛內(nèi)部和外部的無縫數(shù)據(jù)傳輸中所起的作用不能被充分強(qiáng)調(diào)。從控制信息娛樂顯示到通過云安全地交換車輛數(shù)據(jù)，再到調(diào)整HVAC系統(tǒng)，我們需要特定的通信接口來管理汽車中的各種功能。

讓我們快速了解一下汽車駕駛艙系統(tǒng)所需的一些重要通信接口：

3.軟件模塊：

• 操作系統(tǒng)： 這通常是一組RTOS和非RTOS，它們可以完全隔離地管理不同的功能，同時(shí)共享硬件資源。通過虛擬化可以簡(jiǎn)化此過程，這將在下一部分中進(jìn)行說明。
  例如，與儀表集群、碰撞警告、HVAC、遠(yuǎn)程信息處理等有關(guān)的所有時(shí)間緊迫功能都可以由QOS、Integrity等RTOS進(jìn)行管理。同時(shí)，諸如娛樂性和駕駛員監(jiān)視系統(tǒng)之類的時(shí)間緊迫性較低的功能可以通過非RTOS（例如Linux，Windows）進(jìn)行管理。這種類型的OS隔離在簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和由于資源共享而節(jié)省成本方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。
• 中間件： 此層支持多媒體、語音輔助與智能手機(jī)（Apple CarPlay，Android Auto）藍(lán)牙、UI框架、Web瀏覽器等集成。
• 虛擬化：虛擬化是使數(shù)字座艙能夠使用共享的硬件資源和外圍設(shè)備管理大量功能的關(guān)鍵機(jī)制。在這種情況下，可以在通用硬件平臺(tái)上運(yùn)行包括RTOS和Non-RTOS在內(nèi)的多個(gè)操作系統(tǒng)。這不僅使開發(fā)和管理組件變得容易，而且有助于優(yōu)化成本和增強(qiáng)駕駛艙系統(tǒng)的性能。

通常，現(xiàn)代的數(shù)字座艙解決方案提供商遵循以下兩種虛擬化方法之一：

• 系統(tǒng)管理程序方法： 系統(tǒng)管理程序是操作系統(tǒng)和硬件之間的薄層。虛擬機(jī)管理程序軟件可幫助多個(gè)OS環(huán)境管理群集、信息娛樂系統(tǒng)、HUD和其他數(shù)字系統(tǒng)，使其充當(dāng)隔離系統(tǒng)。這樣的隔離非常有用——在其中一個(gè)應(yīng)用程序崩潰的情況下，其余的應(yīng)用程序仍然可以正常運(yùn)行而不受影響。

使用虛擬機(jī)監(jiān)控程序進(jìn)行虛擬化

• 使用多個(gè)核心應(yīng)用程序處理器進(jìn)行虛擬化：這種方法不是使用像虛擬機(jī)管理程序這樣的專用平臺(tái)，而是利用多個(gè)核心應(yīng)用程序處理器進(jìn)行OS隔離和資源分區(qū)。多核操作系統(tǒng)通過將不同的應(yīng)用程序映射到多核中的不同內(nèi)核來實(shí)現(xiàn)虛擬化。

設(shè)計(jì)數(shù)字駕駛艙的挑戰(zhàn)

當(dāng)前，汽車行業(yè)的利益相關(guān)者面臨著與設(shè)計(jì)強(qiáng)大而安全的數(shù)字駕駛艙解決方案相關(guān)的許多技術(shù)和業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)。讓我們快速瀏覽一下一些關(guān)鍵的挑戰(zhàn):

1、硬件和軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)ISO 26262 FuSa指南：

遵守ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的功能安全（FuSa）準(zhǔn)則， 對(duì)于任何汽車應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目都是至關(guān)重要的。

屬于汽車應(yīng)用程序的任何硬件或軟件組件都應(yīng)根據(jù)其安全性要求為其定義一個(gè)ASIL。

在諸如數(shù)字駕駛艙之類的現(xiàn)代汽車應(yīng)用中，單個(gè) ECU可以處理多種功能。在這種情況下，具有不同安全關(guān)鍵性（ASIL等級(jí)）的軟件和硬件組件可能會(huì)共存。這些ASIL等級(jí)不同的組件可能會(huì)相互干擾，從而導(dǎo)致安全違規(guī)。

當(dāng)具有不同ASIL等級(jí)的組件共享相同的CPU和內(nèi)存資源時(shí)，這尤其具有挑戰(zhàn)性。

如果這些潛在的挑戰(zhàn)沒有在設(shè)計(jì)階段得到適當(dāng)?shù)慕鉀Q，這些可能會(huì)導(dǎo)致以后的安全隱患。

2、成本優(yōu)化（許可成本、每單位成本、開發(fā)成本）：

使用Hypervisor方法進(jìn)行OS虛擬化開發(fā)數(shù)字座艙解決方案仍然是一項(xiàng)昂貴的命題。

與Hypervisor相關(guān)的成本因素包括–虛擬化許可證，實(shí)施高級(jí)功能（例如V2X）所需的成本以及基于內(nèi)核數(shù)量和OS類型的成本。

優(yōu)化成本的另一種方法是使用免費(fèi)的RTOS。但是，需要在性能、執(zhí)行速度和健壯性方面確保其可靠性。

數(shù)字化座艙解決方案的定制開發(fā)可以帶給你市場(chǎng)上的優(yōu)勢(shì)

Build vs Buy困境也與汽車零部件領(lǐng)域有關(guān)。我們的汽車專家認(rèn)為，為汽車量身定制數(shù)字化駕駛艙可以為OEM帶來改變。下面列出了此方法提供的一些優(yōu)點(diǎn)：

• 自由度–著手進(jìn)行數(shù)字座艙的定制開發(fā)時(shí)，你將獲得該產(chǎn)品的專有IP權(quán)利。這有助于根據(jù)你的未來需求擴(kuò)展解決方案。另一方面，現(xiàn)成的解決方案可能不會(huì)為您提供系統(tǒng)的完整的IP權(quán)利。
• 擁有成本–數(shù)字駕駛艙解決方案的總擁有成本（TCO）與單位成本、訂購的單位數(shù)量以及支持/維護(hù)成本成正比。投資一個(gè)現(xiàn)成的汽車座艙系統(tǒng)可能不能保證你降低TCO。

例如，如果你的企業(yè)希望包含某些功能，這些功能在供應(yīng)商提供的即用型版本中不可用，則你可能必須定制開發(fā)這些模塊。

另一點(diǎn)需要注意的是升級(jí)到現(xiàn)成的系統(tǒng)。當(dāng)你的汽車座艙解決方案的升級(jí)版本在市場(chǎng)上發(fā)布時(shí)，你必須確定使你的系統(tǒng)更新的可能性。這涉及到進(jìn)一步的開發(fā)和測(cè)試成本。

考慮到上述情況，顯然，投資定制設(shè)計(jì)的數(shù)字駕駛艙可能會(huì)帶來更高的前期成本。然而，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，當(dāng)您擁有產(chǎn)品時(shí)，您的組織可以毫不費(fèi)力地維護(hù)解決方案。這提供了無與倫比的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和控制力。