儀表是汽車業持續實現數字駕駛艙變革中的一個重要部分。新的數字解決方案將支持更加複雜的內容、更大型的顯示屏和新的人體工學設計，包括用於增強現實的抬頭顯示系統(HUD)。
隨著顯示屏價格的下降，數字儀表解決方案較模擬/混合儀表具有更好的成本競爭力，同時也比傳統儀表擁有更多關鍵優勢。這些優勢包括向駕駛員提供更多相關內容（包括媒體、更大尺寸的地圖等），還能基於駕駛模式（正常、運動、越野等）提供定製的顯示內容。而且，數字儀表解決方案能夠在所有車廠(OEM)車型上提供一致的外觀和風格。也能夠幫助 OEM 集成 HUD 和駕駛員監控等新功能，並且允許在使用相同的儀表硬件系統時，在軟件上對各種車型進行區別配置。
隨著數字儀表圖形內容的增加和顯示分辨率的提高，基於微控制器 (MCU) 的解決方案無法再滿足系統要求。只有功能強大的應用處理器才能應對日益提高的要求。
德州儀器(TI) JacintoTM 6 處理器(SoC)系列提供可擴展的解決方案，從入門級到高端數字儀表皆適用，而且滿足了儀表系統對圖形、安全性和快速啟動的要求。下面將描述基於Jacinto 6 SoC的數字儀表系統和軟件解決方案，探討相關軟件和生態系統的支持，介紹在Jacinto 6 處理器上驗證的各種數字儀表概念原型。
數字儀表系統要求
數字儀表解決方案對系統提出了許多重要要求，因此從模擬儀表過渡到數字儀表的過程中，經歷了許多獨特的困難和挑戰。
第一個要求是圖形性能和高分辨率顯示支持。數字儀表解決方案代替模擬儀表後，OEM和駕駛員期望的是能夠以平滑、逼真的圖形性能呈現具有針對性的圖形內容。速度和轉速指針需以60fps的幀率呈現出來，以保證平滑流暢的運動。對顯示分辨率的要求在不斷提高，使得高分辨率支持變得十分重要。
目前，通常使用12.3英寸的1920x720像素分辨率顯示屏，但一些OEM計劃在下一代型號中將分辨率提高到2880x1080像素，以提供更高的圖像質量和更出色的駕駛員體驗。要以高幀率在如此高的分辨率顯示屏上呈現圖像，這要求應用處理器具有強大的圖形和內存吞吐量性能。
第二個系統要求是安全。儘管不是所有的圖形內容都與安全有關，但信號警報燈（如檢查發動機和制動器故障警告）都與安全有關。因此，儀表系統要求信號燈呈現符合ASIL-B級安全認證。而且，安全組件中的音頻警告（如“車門未正確關閉”警報或安全帶提示音）可能要求符合儀表系統中的音頻驅動程序的ASIL-A等級。
第三個系統要求是快速啟動系統。駕駛員希望在打開點火開關後，所有測量儀表都能儘快進入工作狀態。這要求整個系統（包括顯示和圖形）在冷啟動後1秒內進入正常工作狀態。
OEM目前正在不斷將新特性集成到數字儀表系統中，包括儀表SoC直接驅動的HUD功能以及駕駛員監控功能。同時，將音響主機中的內容流暢地集成到儀表顯示屏中也變成一項必需的功能。具體而言，需要通過車載網絡（如以太網音視頻橋接技術(eAVB)）傳輸音響主機中的數據，並將這些數據在儀表屏幕上呈現和顯示出來。該視頻流傳輸的數據將會要求儀表SoC具備解碼功能。
最後一點，還需優化數字儀表系統成本(BOM)。針對這方面，通常需要一個軟件平臺兼容的可擴展SOC解決方案，使OEM/一級製造商能夠在價格和性能上可上下擴展；能夠提供多顯示和多攝像頭支持；並且集成大量汽車外設，如CAN網絡和eAVB。另外，儘管功率和熱性能是經常被忽略的系統參數，但它們實際上也對系統 BOM 有所影響，因為數字儀表組系統可能需要風扇等附加組件。
數字儀表組系統方框圖
下圖是基於TI Jacinto 6 SoC的數字儀表解決方案的總體系統框圖。在典型的數字儀表系統中，應用處理器運行一個高級操作系統（如Linux、QNX 或 Integrity），並管理所有系統組件。
數字儀表組系統方框圖
除應用處理器外，方框圖中還包括許多其他系統組件，如：
• 管理系統供電的電源管理集成電路 (PMIC)。
• 存儲引導映像的閃存和文件系統。Jacinto 6上的兩個常用的閃存接口是四路串行接口存儲芯片(QSPI)和嵌入式存儲芯片(eMMC)。
• 車載MCU，管理輸入/輸出信號、全系統喚醒，可能還包括CAN協議棧。同時，應用處理器也有需要處理CAN和eAVB等網絡棧協議。
• 影音娛樂主機的圖像接入接口、後視攝像頭或駕駛員監控攝像頭的輸入接口。
• 用於遠程顯示的(FPD)鏈路串行器/解串器。
適用於數字儀表的Jacinto 6平臺
Jacinto 6 SoC 系列提供軟件兼容的可擴展平臺，滿足數字儀表系統要求。
適用於數字儀表系統的Jacinto 6 SoC架構
Jacinto 6 多核異構架構
Jacinto 6 SoC 系列是一個多核異構架構，如上圖中所示。除了功能強大的處理器單元(MPU)外，專用硬件加速器也可處理特定任務，從而在性能、功耗和成本上達到最佳平衡。Jacinto 6處理內核包括基於Arm®Cortex®-A15內核的通用MPU，可運行Linux、QNX或Integrity等高級操作系統，管理重要系統組件和中間件（如圖形和顯示）。Jacinto 6 圖形處理單元(GPU)處理所有圖形渲染。它包括3D和2D圖形內核。輔助處理器單元(AMPU)是較小的 ARM 內核。在Jacinto6系列中，它們是多個 Cortex-M4 內核，可以處理CAN 或以太網通信，以及所有有安全可靠性要求的組件。數字信號處理器(DSP)是選裝件，支持駕駛員監控和識別等附加功能。多媒體單元滿足儀表系統的視頻解碼和編碼要求。除了處理內核外，應用處理器內存吞吐量也是執行所有數據搬移和避免出現系統性能瓶頸的一個重要部分。此外還有一系列外設的集成保證了最優的系統BOM成本，包括CAN、eAVB、多顯示輸出和多攝像頭輸入。
適用於數字儀表的 Jacinto 6 處理器路線圖
Jacinto 6 數字儀表組路線圖
Jacinto 6系列中有許多面向數字儀表解決方案的器件。上圖顯示了適用於儀表的Jacinto 6處理器路線圖。下方的圖突出展示了Jacinto 6系列的性能擴展性：
Jacinto 6 系列性能擴展性
圖形性能和顯示子系統
圖形性能是數字儀表組系統的其中一個（不是唯一一個）最重要的標準。正如下圖所示，Jacinto 6 SoC 包括一個高性能圖形子系統，其特性包括：
Jacinto 6 圖形和顯示子系統架構
• 基於Imagination Tech SGX544 的3D GPU，用於處理所有3D圖形渲染以及支持OpenGL ES應用程序編程接口(API)。
• 基於 Vivante GC320 的 2D GPU，用於處理多圖層結構和 2D 圖形渲染，以及支持 2D 圖形 API。
• 功能強大的顯示子系統包括具有支持靈活疊加合成的四個獨立的輸入管線，支持適用於駕駛員數字儀表的最多四個高清顯示和 HUD顯示，還包括一個獨立的寫回管線，用於安全幀捕捉和校驗。
• 高分辨率支持範圍從1920x720(60fps)（由 Jacinto系列中成本最低的 Jacinto 6 Entry 以及 Jacinto 6
Eco 提供支持）到 2880x1080 (60fps)（由 Jacinto 6和 Jacinto 6 Plus SoC 提供支持）。
安全支持
Jacinto 6 SoC 中嵌入了許多安全特性，這些功能有助於實現系統級別的安全目標。其中的一些特性包括:
• 硬件防火牆和MMU提供隔離功能，是實現ASIL-B安全目標的重要途徑，
• 硬件防火牆將外設分別歸類到安全域和非安全域中，
• 適用於幀監控的顯示寫回路徑，
• 外部存儲器接口提供錯誤校驗支持，
• 存儲器存取和 L3 總線優先級排序保證DDR和總線負載的魯棒性，
• 配置高安全性組件(HS)的器件提供安全啟動和運行態的安全支持，
• 輔助AMPU (M4) 和 DSP 用於隔離有高安全性要求的組件，包括幀監控和看門狗計時器。
TI 使用 Jacinto 6 上的輔助 AMPU 內核和硬件防火牆，開發驗證 (POC) 並演示了ASIL-B軟件架構；見下圖。
基於 AMPU 的 Jacinto 6 安全架構
在該架構中，所有安全相關組件（信號燈、顯示驅動程序和 CAN 棧）均在基於安全實時操作系統 (RTOS) 的輔助 AMPU 單元上運行。高級操作系統 (HLOS)運行在 MPU，用於處理所有非安全關鍵型組件，包括 3D圖形。
硬件防火牆將安全相關組件與非安相關的SoC組件隔離開來，此外也隔離了安全RTOS所需要用到的存儲區域，從而保證了互不干擾互不影響影響。
最後，顯示子系統寫回管線將傳出到顯示屏的幀實時捕捉回存儲器，以進一步進行幀校驗，從而確保正確呈現信號燈狀態。
開機快速引導
Jacinto 6 SoC 提供了滿足數字儀表系統快速啟動要求所需的功能，強大的 MPU 能夠快速載入和執行引導映像；通過快速閃存接口（包括QSPI和eMMC）將數據搬移到外置 DDR 存儲器；輔助 AMPU 單元與HLOS 並行載入和啟動另外的RTOS引導映像，從而實現在啟動過程中快速顯示和其他快啟功能。
系統 BOM 優化
Jacinto 6 SoC 具備許多特性來優化數字儀表解決方案的系統 BOM，這些特性包括：
• 從 Jacinto 6 Entry 到 Jacinto 6 Plus 的所有平臺100% 軟件兼容，
• Jacinto 6 Eco、Jacinto 6 和 Jacinto 6 Plus 提供引腳對引腳兼容的選件，
• 每個 Jacinto 6 SoC 均具備成本優化的電源解決方案 (PMIC)，
• 多高清顯示支持功能便於 HUD 集成，
• 多攝像頭輸入支持後視攝像頭和/或駕駛員監控攝像頭輸入，
• 可選 DSP 和多媒體單元可用於集成駕駛員監控和識別以及智能手機投射等功能特性，而且不會顯著增加系統成本。下圖顯示了參考架構，
• 集成汽車外設，包括 eAVB、CAN 和麵向媒體的系統傳輸接口 (MOST)，
• 豐富的高速連接接口，包括PCIe、USB、I2S 等，
• 六層 PCB 設計，可節省布板成本，
• 良好的功率和熱性能降低了系統整體成本。
Jacinto 6 結構集成駕駛員監控和 HUD
軟件和生態系統支持
軟件兼容的 Jacinto 6 平臺提供非常成熟的軟件和生態系統支持。以下 HLOS 和 RTOS 軟件開發工具包(SDK) 可用於所有 Jacinto 6 器件：
• Linux SDK.
• 汽車級 Linux (AGL)。
• Mentor Connected OS GENIVI Linux。
• Green Hills Integrity SDK。
• QNX SDK（在 QNX 6.5 SP1 和 QNX 6.6 內核上運行）。
• 在 Cortex-A15 和 Cortex-M4 上運行的 Mentor Nucleus。
• 在Cortex-M4 和 C66x DSP 上運行的 TI SysBIOS。
下圖顯示了在 Jacinto 6 平臺上可用的所有重要第三方解決方案。例如，Altia、Crank Storyboard、DisTI GLStudio、Rightware Kanzi 和 Socionext CGIStudio提供的所有重要人機界面 (HMI) 工具套件均已移植到 Jacinto 6 平臺上。
Jacinto 6 數字儀表組生態系統支持
TI 的Jacinto 6 平臺
數字儀表市場是一個令人期待的增長領域。TI的Jacinto 6 SoC 系列是面向數字儀表市場的一個強大的平臺，它通過可擴展的、成熟的、具有成本優勢且軟件兼容的平臺，以及成熟和全面的軟件 SDK 和生態系統的支持，滿足了當前和未來的數字儀表解決方案要求。點擊閱讀原文，查看更多汽車信息娛樂與儀表盤參考設計。
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