图1  数字仪表能以直观方式动态地显示信息（如当前限速）

仪表盘必须以直观、一目了然的方式显示车辆的重要运行数据，才能确保驾驶员能够专心驾驶。为实现这一目标，同时降低成本并提高产品的市场吸引力，汽车制造商们纷纷开始采用数字仪表。

数字化趋势

传统仪表盘主要由塑料外壳构成，嵌入指示灯和步进电动机驱动的机械仪表等。数字仪表利用虚拟仪表取代机械仪表，它由微处理器和图形控制器驱动并通过LCD显示器显示。

数字仪表最初仅仅应用于高档豪华车型中，发展到今天已逐步扩展应用于中档车型和普通车型。推动这一发展趋势的主要因素包括：

（1）汽车制造商只需简单地为图形界面换肤就能在多条汽车生产线上应用完全相同的硬件，而生产固定功能仪表必须重新更换所有设备；

（2）混合动力汽车或电动汽车可提供多种驾驶模式，当车辆在不同模式之间切换时，数字仪表能动态地变换显示信息；

（3）数字仪表只显示驾驶员当前所需的信息，因此它不仅能使驾驶员集中精力，更能提高驾驶效率；

（4）富有视觉冲击力的图形比静态仪表更易吸引消费者对汽车品牌的关注；

（5）与静态机械显示器相比，数字显示器不仅能集成更多功能，而且不会增加单位固定成本；

（6）性能优异的显示器和CPU的价格正在不断下降。

系统要求

数字仪表的显示器必须满足若干要求。由于仪表盘必须位于转向盘与风窗玻璃之间，所以显示器需要尽量保持短而宽。目前大多数设计都采用了1280×480像素的显示器。显示器必须在阳光照射下也能清晰可见：它需要提供明亮、高对比度的图形，并采用哑光、无反射涂层。将显示器放入仪表盘的最深处还有助于防止阳光直射产生的眩目影响。

数字仪表内的显示器必须经常以对角形式呈现仪表指针（见图1）。显示器需要至少16位/像素的色深才能清楚地呈现指针。有时，显示器还需要支持最大24位/像素的色深才能达到理想的清晰度或在背景图像中呈现渐变混合元素。设计亮丽的仪表还需要消除锯齿感，这通常由图形控制器负责处理。

图2  用于数字仪表的软件架构实例

数字仪表的CPU要求取决于人机界面（HMI）的复杂程度和系统是否采用图形处理器（GPU）。有多种汽车专用处理器都特别适合此类用途，如飞思卡尔出品的5121e和i.MX35，以及富士通推出的MB86R01（“Jade”）和MB86298（“Ruby”）。富士通生产的处理器还具有仪表盘设计所需的特别功能，如用于安全监测的图形确认装置和用于指示灯的子画面（专用图形图标显示器）功能。

1. 标准图形

数字仪表的应用软件比模拟仪表的要复杂得多。使用简单的模拟仪表时，处理器需要车辆总线（CAN或MOST）提供测量值、通过模数转换（A/D）通道直接测量一些数值，驱动步进电动机和指示灯并控制LED/LCD驱动程序的信息显示。数字仪表采用全图形显示器取代了小型的单线LED，因此它需要更强大和更复杂的软件（见图2）。虽然不要求必须使用标准图形框架（如用于3D的OpenGL ES或用于2D的OpenVG），但它们的确能简化针对图形工具包的设计选项。在多数情况下，图形工具包（如Adobe、Altia或Electrobit公司提供的）都能移植为标准应用程序接口；拥有应用程序接口（如OpenGL ES或OpenVG）能确保开发人员无需将工具包软件移植为非标准应用程序接口就能使用工具包。

OpenGL ES是一个定义明确的OpenGL子集，即在计算机业应用最广泛的3D图形应用程序接口。因此，选用OpenGL ES的汽车技术开发团队能充分利用庞大的图形编程技术库和源代码，更不用说各种在线和印刷文档了。尽管其占用内存小，但应用程序接口支持透明混合后处理、高洛德描影、纹理映射、建模、变形和照明等高级功能，以及其他多种技术。作为供应商中立的多平台应用程序接口，OpenGL ES允许开发人员在新项目中或整个产品系列中重新使用3D代码。OpenGL ES应用程序无需修改代码即可在多个图形芯片和操作系统中运行；它还能从使用软件渲染的低成本系统迁移至使用3D加速芯片的昂贵系统，以提高帧速率和分辨率。

这种将来源不同的内容融为一体的功能非常有用。例如，系统设计人员决定将全功能图形环境（如Adobe Flash Lite）用于背景图像的“皮肤”，但将OpenGL ES的简单应用程序用于指针显示。系统设计人员需要选用能合并两种图层的软件和硬件，这既能通过图形控制器的硬件分层功能完成，也能通过软件合成系统（如OpenKode）实现。

图3  为仪表盘增加天气预报组件和沿路导航组件

2. 纠正措施

仪表盘能否正常运行直接影响行驶安全：如果仪表停止正常读取数据，那么驾驶员很可能会违反交通法规、损坏车辆，甚至危及乘客和行人的生命安全。因此，必须采用一种性能可靠的实时操作系统 （RTOS）。集成一些高可用性监测进程，由其负责监控软件组件故障并采取纠正措施，还能有效确保故障时的安全运行。实时操作系统和仪表盘的应用程序必须在发动机点火后的一两秒钟内迅速启动并呈现仪表显示器。

创新空间

具有上述特征的数字仪表完全能像标准模拟仪表一样出色地运行。但完全可选址的显示器具备的灵活性为OEM汽车厂商和一级供应商提供了更大的创新空间（见图3）。例如，数字仪表能够实现的功能包括：

（1）动态地显示路况信息，如限速、路面结冰或周围车辆；

（2）允许用户根据个人喜好自定义显示器（可选择配色方案或壁纸）；

（3）重新配置白天/夜间或英制/公制操作系统；

（4）忽略不重要的信息，如显示正常数值的暗光仪表（如油压、电瓶电压），以防止驾驶员的注意力分散；

（5）根据车辆的行驶模式修改显示器，如在性能模式下重点显示发动机转速数据或者在节油模式下突出显示油耗信息等；

（6）加入目前最常用的功能（行驶导航、倒车影像或停车辅助系统）和连接因特网的应用程序（如天气预报、附近最便宜的加油站和歌手信息等）。

以上功能已部分成功应用于目前生产的车辆中，还有一些功能仍处于研发阶段。

避免注意力分散

从卫星提供的实时交通信息到个人多媒体设备播放的音乐，汽车内可用的数字内容越来越多。数字仪表能及时显示有用的信息，因此驾驶员既能充分享受这些多媒体内容带来的便利，又不会因为应接不暇、疲于应对而导致注意力分散。正是因为这种出色的灵活性以及能降低成本和提高市场知名度的潜力，许多汽车制造商和一级供应商都已开始研发下一代数字仪表。