如何使数字座舱成为现实

文章来源：普修科技发布时间：2021-06-07

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在这篇文章中，我们探讨了构成汽车数字驾驶舱的组件以及为其提供动力的基础技术堆栈。

现在汽车在很大程度上受到数字技术进步和消费者需求的影响。当前，汽车领域的所有创新都是由以下三个原则驱动的：

汽车行业正越来越多地向司机和乘客提供更个性化的体验。
我们正在开发创新的解决方案，以确保车辆与外部设备之间的无缝连接。
为了确保驾驶员的辅助和安全，相关程序和功能正在实施中。

根据上述原则，最近的一些趋势重新定义了行业现状。数字化驾驶舱是这样一种趋势，在整个汽车行业引起了轰动！

在这篇文章中，我们探讨了构成汽车数字驾驶舱的组件以及为其提供动力的基础技术堆栈。

数字座舱解决方案：彻底改变汽车座舱

物联网和汽车电子技术推动的数字驾驶舱——一场革命

什么是数字驾驶舱？ 首先让我们了解一下。

数字座舱解决方案旨在通过打破各种车载接口之间的孤岛来提供统一的数字体验。因此，数字座舱是仪表盘、平视显示器（HUD），HVAC和信息娱乐系统等接口的集合。

典型的数字座舱解决方案支持的功能列表

为什么需要一个统一的数字驾驶舱解决方案？

ECU（电子控制单元）整合：在筒仓中时，仪表盘、信息娱乐系统和HVAC系统由多个控制单元、不同的操作系统和软件模块供电。随着汽车数字驾驶舱的引入，轻松完成了汽车ECU整合的任务。借助Digital Cockpit，所有这些接口都可以通过使用通用的微控制器平台/单芯片平台来供电。这降低了与汽车电子相关的复杂性。
由数字接口组成的数字座舱解决方案使OEM可以克服模拟仪表板和其他接口的局限性。借助Digital HMI、汽车OEM和供应商可以自由设计界面，以提供更相关的实时数据表示。数字接口还扩展了支持各种安全关键功能的范围。

了解为数字驾驶舱提供动力的技术堆栈

1.硬件模块：

汽车座舱的硬件设计可能会因汽车制造商而异。但是，我们仍然可以分析数字驾驶舱的硬件结构的基本组件部分。

应用处理器：现代数字驾驶舱系统具有强大的处理能力，可以完成各种功能。例如，管理多个音频和视频输入/输出，管理ADAS和驾驶员监视功能、增强语音和图像识别功能，支持实时导航等。
这需要功能强大且灵活的应用程序处理器。OEM通常会寻找针对RTOS和虚拟化进行了优化的高性能应用处理器。他们还需要证明有效的信号、图像和视觉处理能力。
选择数字座舱处理器的另一个主要方面是如何平衡安全关键要求和处理要求。这是至关重要的，特别是在执行时间和安全的关键操作，如自动刹车，以避免碰撞。
Jacinto DRAx汽车处理器和Cortex-A76 -Arm处理器是目前使用的一些领先的Digital Cockpit处理器。许多OEM正在采用多核处理器的方式来满足数字驾驶舱的严格处理和安全要求。
片上系统：许多现代的数字座舱解决方案都基于片上系统（SOC），使三个独立的板可以管理信息娱乐系统、仪表板和平视显示器。这种方法可以帮助他们大大节省成本和开发周期。用于数字座舱解决方案的典型SoC包括多媒体加速器、内存、图形处理单元、汽车外围设备、连接接口和数字信号处理器。

TI新的强大的Jacinto DRAx SoC整合了几个ecu的这些功能，就是一个很好的例子。

2.通讯接口：

现代车辆是一个由相互连接的子系统组成的复杂网络，这些子系统不断相互通讯以有效运行。

通信接口在实现车辆内部和外部的无缝数据传输中所起的作用不能被充分强调。从控制信息娱乐显示到通过云安全地交换车辆数据，再到调整HVAC系统，我们需要特定的通信接口来管理汽车中的各种功能。

让我们快速了解一下汽车驾驶舱系统所需的一些重要通信接口：

3.软件模块：

操作系统： 这通常是一组RTOS和非RTOS，它们可以完全隔离地管理不同的功能，同时共享硬件资源。通过虚拟化可以简化此过程，这将在下一部分中进行说明。

例如，与仪表集群、碰撞警告、HVAC、远程信息处理等有关的所有时间紧迫功能都可以由QOS、Integrity等RTOS进行管理。同时，诸如娱乐性和驾驶员监视系统之类的时间紧迫性较低的功能可以通过非RTOS（例如Linux，Windows）进行管理。这种类型的OS隔离在简化系统设计和由于资源共享而节省成本方面具有很大的优势。
中间件： 此层支持多媒体、语音辅助与智能手机（Apple CarPlay，Android Auto）蓝牙、UI框架、Web浏览器等集成。
虚拟化：虚拟化是使数字座舱能够使用共享的硬件资源和外围设备管理大量功能的关键机制。在这种情况下，可以在通用硬件平台上运行包括RTOS和Non-RTOS在内的多个操作系统。这不仅使开发和管理组件变得容易，而且有助于优化成本和增强驾驶舱系统的性能。

通常，现代的数字座舱解决方案提供商遵循以下两种虚拟化方法之一：

系统管理程序方法： 系统管理程序是操作系统和硬件之间的薄层。虚拟机管理程序软件可帮助多个OS环境管理群集、信息娱乐系统、HUD和其他数字系统，使其充当隔离系统。这样的隔离非常有用——在其中一个应用程序崩溃的情况下，其余的应用程序仍然可以正常运行而不受影响。

使用虚拟机监控程序进行虚拟化

使用多个核心应用程序处理器进行虚拟化：这种方法不是使用像虚拟机管理程序这样的专用平台，而是利用多个核心应用程序处理器进行OS隔离和资源分区。多核操作系统通过将不同的应用程序映射到多核中的不同内核来实现虚拟化。

设计数字驾驶舱的挑战

当前，汽车行业的利益相关者面临着与设计强大而安全的数字驾驶舱解决方案相关的许多技术和业务挑战。让我们快速浏览一下一些关键的挑战:

1、硬件和软件设计，根据ISO 26262 FuSa指南：

遵守ISO 26262标准的功能安全（FuSa）准则，对于任何汽车应用开发项目都是至关重要的。

属于汽车应用程序的任何硬件或软件组件都应根据其安全性要求为其定义一个ASIL。

在诸如数字驾驶舱之类的现代汽车应用中，单个 ECU可以处理多种功能。在这种情况下，具有不同安全关键性（ASIL等级）的软件和硬件组件可能会共存。这些ASIL等级不同的组件可能会相互干扰，从而导致安全违规。

当具有不同ASIL等级的组件共享相同的CPU和内存资源时，这尤其具有挑战性。

如果这些潜在的挑战没有在设计阶段得到适当的解决，这些可能会导致以后的安全隐患。

2、成本优化（许可成本、每单位成本、开发成本）：

使用Hypervisor方法进行OS虚拟化开发数字座舱解决方案仍然是一项昂贵的命题。

与Hypervisor相关的成本因素包括–虚拟化许可证，实施高级功能（例如V2X）所需的成本以及基于内核数量和OS类型的成本。

优化成本的另一种方法是使用免费的RTOS。但是，需要在性能、执行速度和健壮性方面确保其可靠性。

数字化座舱解决方案的定制开发可以带给你市场上的优势

Build vs Buy困境也与汽车零部件领域有关。我们的汽车专家认为，为汽车量身定制数字化驾驶舱可以为OEM带来改变。下面列出了此方法提供的一些优点：

自由度–着手进行数字座舱的定制开发时，你将获得该产品的专有IP权利。这有助于根据你的未来需求扩展解决方案。另一方面，现成的解决方案可能不会为您提供系统的完整的IP权利。
拥有成本–数字驾驶舱解决方案的总拥有成本（TCO）与单位成本、订购的单位数量以及支持/维护成本成正比。投资一个现成的汽车座舱系统可能不能保证你降低TCO。

例如，如果你的企业希望包含某些功能，这些功能在供应商提供的即用型版本中不可用，则你可能必须定制开发这些模块。

另一点需要注意的是升级到现成的系统。当你的汽车座舱解决方案的升级版本在市场上发布时，你必须确定使你的系统更新的可能性。这涉及到进一步的开发和测试成本。

考虑到上述情况，显然，投资定制设计的数字驾驶舱可能会带来更高的前期成本。然而，从长远来看，当您拥有产品时，您的组织可以毫不费力地维护解决方案。这提供了无与伦比的长期稳定性和控制力。