從IP到顯示汽車系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易介紹

有數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)在購(gòu)買汽車時(shí)將動(dòng)力和性能視為關(guān)鍵考慮因素的人還不到四分之一 ，而超過(guò)三分之一的人則認(rèn)為舒適性和車內(nèi)用戶體驗(yàn)是決定因素。汽車制造商們也快速接受了這一現(xiàn)實(shí)，汽車的新戰(zhàn)場(chǎng)已經(jīng)從引擎蓋下悄悄地進(jìn)入駕駛艙。許多制造商從事這項(xiàng)業(yè)務(wù)已有幾十年甚至幾百年了。在此期間，他們已成為硬件專家，從傳動(dòng)系統(tǒng)到底盤，從BHP到RPM。但在現(xiàn)代及未來(lái)的車輛中，沒(méi)有華麗、高性能的用戶前端，僅憑硬件是不夠的。

芯片，驅(qū)動(dòng)需求的新引擎

計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為汽車運(yùn)行各個(gè)方面的基石。關(guān)于高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 和自動(dòng)駕駛 （AD） 的討論很多，從發(fā)動(dòng)機(jī)管理和排放控制，到氣候和人機(jī)接口 （HMI） 的所有內(nèi)容都由通用圖形處理單元 （GPGPU） 提供動(dòng)力。隨著對(duì)GPU的日益依賴，僅僅嘗試適應(yīng)通用解決方案是不夠的，這些解決方案往往具有不切實(shí)際的空間和熱要求，侵蝕了空間占用和舒適性。隨著電氣化進(jìn)程迅猛發(fā)展，他們最大的問(wèn)題是低效的電力需求，這可能會(huì)極大地影響未來(lái)的電動(dòng)汽車（EV）。

除了這些原因，以汽車為重點(diǎn)的GPU，還面臨功能安全問(wèn)題。如果游戲機(jī)或電視 GPU 崩潰，沒(méi)有人會(huì)受傷，但在駕駛空間中，這些問(wèn)題可能是致命的。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如ISO 26262和眾多的ASIL安全級(jí)別，需要從一開始就進(jìn)行集成和認(rèn)證，如Imagination Technologies BXS系列汽車GPU。

一切都是為了操作系統(tǒng)

如果一個(gè)強(qiáng)大的GPU是系統(tǒng)核心，那么操作系統(tǒng)就是車輛周圍移動(dòng)數(shù)據(jù)的命脈。汽車工業(yè)在開發(fā)普遍采用的操作系統(tǒng)上邁出了巨大的步伐。世界上最大的汽車制造商一直致力于汽車開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（AUTOSAR）的開發(fā)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化大塊的操作系統(tǒng)，制造商做了大量工作實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。當(dāng)功能設(shè)計(jì)人員不需要從零開始構(gòu)建時(shí)，這可大大節(jié)省為克服互操作性難題所需的時(shí)間。它還為開發(fā)人員提供了一個(gè)極好的安全網(wǎng)，讓他們知道，通過(guò)使用虛擬功能總線（VFB，Virtual Function Bus），他們的應(yīng)用程序或功能將能夠與系統(tǒng)的其余部分無(wú)縫地嚙合，即使使用獨(dú)特的運(yùn)行時(shí)環(huán)境（RTE）。使用虛擬功能總線（VFB）運(yùn)行多個(gè) RTE，允許使用中央接口點(diǎn)，這意味著這些系統(tǒng)可以相互通信。為了能夠接收這些數(shù)據(jù)輸入，對(duì)其進(jìn)行處理，并將其傳遞給現(xiàn)代車輛中的數(shù)百個(gè)電子控制單元（ecu），需要大量的同時(shí)計(jì)算。

虛擬功能總線不會(huì)是 GPU 需要處理的唯一高數(shù)據(jù)流應(yīng)用程序，GPU還可以同時(shí)維護(hù) HMI 操作系統(tǒng) （OS），并確保執(zhí)行安全關(guān)鍵圖形功能。為了保證這一切的安全和順利運(yùn)行，最好的方法是使用多核GPU。隨著系統(tǒng)中有了更多的核，就可以同時(shí)處理更多的數(shù)據(jù)，以最大限度地減少延遲。它還允許獨(dú)特的方式來(lái)分割和處理最重要的數(shù)據(jù)。從一開始就具有多核和靈活性的GPU可以使用硬件虛擬化來(lái)允許多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序在不同的核上運(yùn)行。這意味著，如果 GPU 的另一個(gè)區(qū)域出現(xiàn)瞬時(shí)錯(cuò)誤，則安全關(guān)鍵系統(tǒng)仍能正常工作。

像AUTOSAR這樣的操作系統(tǒng)已經(jīng)幫助削減了汽車軟件系統(tǒng)的開發(fā)成本，但是節(jié)省的成本還有限。從現(xiàn)在到 2030 年，ADAS 和信息娛樂(lè)發(fā)展預(yù)計(jì)每年將增長(zhǎng) 20%， 這說(shuō)明在駕駛艙中呈現(xiàn)充滿活力、豐富的視覺(jué)環(huán)境變得前所未有的重要。

蛋糕上的櫻桃

我們已經(jīng)討論了客戶如何從關(guān)心輪輞的英寸，到屏幕的英寸，但大小本身并不是區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn)。在過(guò)去 4-5 年中，4K 顯示器和高動(dòng)態(tài)范圍 （HDR） 內(nèi)容的興起非常重要。它已經(jīng)從高端電視走向大眾市場(chǎng)和手機(jī)。消費(fèi)者也開始期望他們的車輛達(dá)到這樣的逼真度。這些額外的像素使GPU計(jì)算需求將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。它也不會(huì)只是被動(dòng)信息顯示，其中許多顯示器將是觸摸式界面，需要精確和快速響應(yīng)。研究表明，隨著輸入延遲的增加，顯示屏上執(zhí)行任務(wù)的準(zhǔn)確性則會(huì)降低。這不僅非常不便，會(huì)降低用戶體驗(yàn)，它還構(gòu)成了安全風(fēng)險(xiǎn)，輸入滯后導(dǎo)致的分心和挫折感可能將注意力遠(yuǎn)離道路。駕駛艙顯示屏的另一個(gè)關(guān)鍵元素是刻度盤和儀表盤。以前這些設(shè)備價(jià)格高昂，難以設(shè)計(jì)，現(xiàn)在正變得越來(lái)越數(shù)字化。必須正確渲染當(dāng)前速度、齒輪指示燈和危險(xiǎn)燈等內(nèi)容，并且不能容忍輸入延遲。

為了保持一切順利和安全運(yùn)行，使用單獨(dú)的GPU成為新的解決方案之一，它為刻度盤與儀表盤提供獨(dú)立于其他系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力，甚至在數(shù)字面板后面使用帶有物理警示燈也成為綜合解決方案。從設(shè)計(jì)和成本的角度來(lái)看，這些可能會(huì)受到限制，需要更多的GPU，或限制撥號(hào)用戶界面（UI）呈現(xiàn)的方式。另一種方法是使用分塊區(qū)域保護(hù) （TRP），這是 BXS GPU 中采用的一種技術(shù)，可以將屏幕區(qū)域分割并標(biāo)記為安全關(guān)鍵區(qū)域。無(wú)論系統(tǒng)狀況如何，TRP都將給予它們優(yōu)先級(jí)，從而保持最新的數(shù)據(jù)信息。

就像一個(gè)聰明人把房子建在巖石上

HMI 和信息娛樂(lè)系統(tǒng)是駕駛員進(jìn)入車輛時(shí)最先接觸到的事物，也是他們最難忘的體驗(yàn)經(jīng)歷。在以汽車為中心、高效、高性能GPU的幫助下，汽車制造商每天都在不斷優(yōu)化和改善這些體驗(yàn)。
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