作者 / 阿寶

編輯 / 阿寶

出品 / 阿寶1990

智能座艙域控制器（一）

智能座艙域控制器（二）

智能座艙域控制器（三）

傳統(tǒng)多芯片架構(gòu)

原來的座艙里面的控制器基本上是分開的，導(dǎo)航主機(jī)是一家，液晶儀表是一家，同時(shí)還有一個(gè)AVM全景一家，還有TBOX等，這里線束連接就非常復(fù)雜，而且不同供應(yīng)商直接的協(xié)調(diào)調(diào)試也非常復(fù)雜。

上圖是IMX6 的多芯片方案，液晶儀表、中控導(dǎo)航、后排娛樂都使用了IMX6最小系統(tǒng)，這樣上圖黃色框里面的內(nèi)容就資源重復(fù)了，但是如果只用一顆IMX6又不能帶動(dòng)三個(gè)顯示屏，所以利用率不高。

單SOC智能座艙系統(tǒng)框架

上圖是RCAR-H3的單SOC智能座艙的方案，可以看到這部分最小核心系統(tǒng)的器件只需要一份，就可以驅(qū)動(dòng)中控導(dǎo)航、液晶儀表、后排娛樂顯示屏、還有副駕駛娛樂屏，多個(gè)顯示屏的不同內(nèi)容。

單SOC 的方案的優(yōu)點(diǎn)非常多                                                                            

車身:設(shè)備單一，布線方便，成本低，可靠性好。

系統(tǒng)硬件資源：

Hypervisor 技術(shù)系統(tǒng)硬件資源最大化利用， DDR/EMMC/PMIC/MCU/CAN單套系統(tǒng)配置即可滿足產(chǎn)品需求

產(chǎn)品開發(fā)：

獨(dú)家設(shè)備供應(yīng)商，獨(dú)立設(shè)備開發(fā)，獨(dú)立樣件制作，無須定制復(fù)雜協(xié)議，多個(gè)設(shè)備無須聯(lián)調(diào)，開發(fā)進(jìn)度容易把控，開發(fā)成本可控。

信息安全：

獨(dú)家供應(yīng)商，設(shè)備間通訊在芯片內(nèi)部完成，信息安全得到有效保護(hù)。

整套成本：

硬件資源利用率高，獨(dú)家供應(yīng)商，生產(chǎn)，包裝，運(yùn)輸可控整套成本可控。

體驗(yàn)：

設(shè)備單一，整套設(shè)備方案受限因素小，多屏娛樂互動(dòng)性好，體驗(yàn)佳

域控制器設(shè)計(jì)方案-RCAR-H3

1、方案概述

新推出的R-Car H3具備比前一代R-Car H2更強(qiáng)大的汽車計(jì)算性能，可充分滿足系統(tǒng)制造商對汽車處理平臺的要求。為了提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的信息處理能力，R-Car H3基于ARM? Cortex?-A57/A53核構(gòu)建，采用ARM的最新64位CPU核架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了40000 DMIPS（Dhrystone百萬指令/每秒（注1））的處理性能。

此外，R-Car H3采用PowerVR? GX6650作為3D圖形引擎，可為駕駛員提供及時(shí)可靠的信息顯示。基于ImaginaTIon Technologies提供的最新架構(gòu)，R-Car H3的著色計(jì)算（注2）性能約是R-Car H2的三倍。

除了CPU和GPU以外，片上并行可編程引擎IMP-X5也提供了先進(jìn)的圖像識別技術(shù)。IMP-X5是瑞薩電子獨(dú)有的識別引擎，專門為與CPU配合處理而進(jìn)行了優(yōu)化。它的識別性能是第二代R-Car系列內(nèi)置的IMP-X4的四倍。

R-Car H3是業(yè)界首款采用16納米工藝的汽車SoC，具有卓越的處理能力，符合ISO26262 （ASIL-B）汽車功能安全標(biāo)準(zhǔn)，是先進(jìn)安全駕駛輔助系統(tǒng)和車載信息娛樂系統(tǒng)等應(yīng)用的優(yōu)秀汽車計(jì)算平臺。

R-Car H3 R8A77951（SoC）關(guān)鍵參數(shù)：

CPU core：Cortex-A57 Quad@1.5Ghz+Cortex-A53 Quad@1.2Ghz +Cortex-R7@800Mhz

DDR：LPDDR4/DDR3/DDR3L SDRAM Up to 1600 MHz,32bits x4ch  Up to  8GB

GPU：IMG PowerVR Series6XT GX6650 Max 600Mhz

Video input：MIPI-CSI2 3ch(4lane x 2channels, 2lane x 1channel)+ ITU-R BT.601/656 /RGB888 24 bit 2ch

Video output：4 display controllable(HDMI 2ch+LVDS 1ch+RGB888 1ch

Video Codec：H.262/H.263/H.264/H.265/Real Video8/9/10/VP8/VC-1SP/MP/AP/MPEG-4ASP

Storage ：USB 3.0 Host 1ports /USB 2.0 Host/OTG 4ports/SD x2ch/SATA 1ch/

OthersI2Cx7ch/PWMx7ch/Audio-DMACx32ch/QSPIx2ch/SCIF 1ch/Ethernet /DRIFx4ch/INTC/CPG

芯片制程    16nm

R-CAR H3系統(tǒng)框圖

基于1顆SOC，搭載QNX Hypervisor 2.0 運(yùn)行QNX SDP 7.0+RTOS +Android P Automotive 

CPU及外部硬件資源通過QNX Hypervisor虛擬化共享。

Android P實(shí)現(xiàn)IVI+HMI+RSE三屏，QNX SDP 7.0+Kanzi 實(shí)現(xiàn)儀表。

RCAR-H3 QNX 共享CPU

半虛擬化是通過事先經(jīng)過修改的用戶操作系統(tǒng)內(nèi)核共享底層物理硬件來實(shí)現(xiàn)的。

優(yōu)點(diǎn)：是半虛擬化的虛擬機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核能夠直接管理底層物理硬件，實(shí)時(shí)性好，性能比全虛擬化技術(shù)更強(qiáng)。

缺點(diǎn)：是用戶操作系統(tǒng)內(nèi)核需要事先進(jìn)行修改，部署的便利性和靈活性不夠好。

全虛擬化是通過用戶操作系統(tǒng)和物理層的虛擬化邏輯層hypervisor來完全模擬底層物理硬件細(xì)節(jié)。

優(yōu)點(diǎn)：是用戶的操作系統(tǒng)內(nèi)核不需要做特殊配置，部署便利，靈活，兼容性好。

缺點(diǎn)：是用戶操作系統(tǒng)的內(nèi)核不能夠直接管理底層物理硬件，內(nèi)核通過hypervisor系統(tǒng)管理模塊管理底層物理硬件需要有轉(zhuǎn)換，性能比半虛擬化弱。實(shí)時(shí)性不好。

RCAR-H3是使用全虛擬化的設(shè)計(jì)，共享內(nèi)存，零拷貝，速度非常快。

域控制器設(shè)計(jì)方案-高通SA8155P

方案概述

系統(tǒng)框圖概要：

系統(tǒng)主要器件List：

系統(tǒng)主SOC選型說明：

系統(tǒng)軟件架構(gòu)：

座艙系統(tǒng)包含三部分，具體如下：

MCU運(yùn)行AUTOSAR系統(tǒng)，用于CAN/LIN喚醒/通訊/電源管理等

SoC運(yùn)行QNX Hypervisor，包含兩個(gè)操作系統(tǒng)，其中QNX運(yùn)行對實(shí)時(shí)性和安全性要求高的功能，比如儀表/HUD

Android系統(tǒng)運(yùn)行娛樂域相關(guān)的功能，比如導(dǎo)航/音樂等應(yīng)用

QNX 虛擬化方案支持：

運(yùn)行Guest OS系統(tǒng)，可以在虛擬機(jī)上運(yùn)行Android系統(tǒng)

QNX系統(tǒng)達(dá)到ASIL-D等級，同時(shí)具備高實(shí)時(shí)性，可以運(yùn)行儀表/HUD等功能

GPU以及CPU的資源可以共享，可以通過配置優(yōu)先級確保QNX系統(tǒng)的資源

支持Qualcomm平臺/Renesas平臺/Intel以及其他座艙域控硬件平臺

QNX和Android之間的進(jìn)程間通訊包含兩部分

系統(tǒng)間的控制命令/數(shù)據(jù)通訊（不包含音頻視頻）可以通過SomeIP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)間的大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通訊（比如圖像/音頻）可以通過共享內(nèi)存的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊

安卓端框架介紹

應(yīng)用層：運(yùn)行自研應(yīng)用及第三方應(yīng)用

Framework層：支持上層android應(yīng)用運(yùn)行的框架，比如音頻/媒體類/連接類等框架

安卓服務(wù)層：支持應(yīng)用運(yùn)行的功能，以android服務(wù)的形式運(yùn)行

硬件抽象層：對上提供統(tǒng)一的接口，屏蔽底層驅(qū)動(dòng)的不同，對下適配底層驅(qū)動(dòng)

QNX軟件主要分為如下幾層：

應(yīng)用層：主要運(yùn)行儀表速度/轉(zhuǎn)速/報(bào)警燈/快速RVC/動(dòng)畫等上層應(yīng)用

架構(gòu)層：主要運(yùn)行圖形處理/音頻處理/網(wǎng)絡(luò)管理/進(jìn)程間通訊框架

服務(wù)層：主要運(yùn)行進(jìn)程間通訊，虛擬IO口的訪問/音頻服務(wù)/屏幕管理的邏輯

驅(qū)動(dòng)層：負(fù)責(zé)屏幕串行解串/USB/攝像頭等驅(qū)動(dòng)調(diào)試

軟件升級相關(guān)

支持A/B分區(qū)升級，在升級主機(jī)過程中不影響用戶使用

支持集成車廠的FOTA方案，目前FOTA方案的集成一般包含兩部分

升級客戶端：與升級服務(wù)器交互，下載升級包，與后臺的升級服務(wù)器同步主機(jī)版本信息。

升級代理：負(fù)責(zé)升級主機(jī)和MCU軟件；可以通過DOIP協(xié)議發(fā)起刷新其他模塊

支持對屏幕的升級

升級模塊支持車廠的PKI策略集成，可以支持證書的生成和校驗(yàn)

視頻輸入相關(guān)

Camera 框架使用AIS框架，圖像數(shù)據(jù)的采集在QNX端完成

Android端可以通過AIS框架獲取到Camera圖像數(shù)據(jù)，界面的處理需要靠圖層疊加來完成

Camera的接口是CSI接口，每個(gè)CSI接口可以支持4個(gè)攝像頭接入。不同高通平臺的CSI接口數(shù)目不同

視頻輸出相關(guān)

屏幕的輸出使用WFD框架

屏幕的輸出接口控制在QNX端。Android端使用代理與QNX端通訊

屏幕的輸出接口有DP和DSI兩種，具體的接口數(shù)目不同的項(xiàng)目不一樣

域控制器設(shè)計(jì)方案-NXP iMX8QM

NXP座艙芯片的roadmap

在新一代的iMX8QM和iMX8QXPBSP中，它實(shí)現(xiàn)了硬件分區(qū)以劃分資源和內(nèi)存區(qū)域。默認(rèn)的Android Auto BSP給出了M4和A內(nèi)核之間共享內(nèi)存的示例，這被用于RPMSG。

2.在L4.14.78 GA1.0.0 BSP中，MU_5用于M4的FreeRTOS和A35 Linux之間的RPMSG，SC_R_MU_5B是M4端，而SC_R_MU_5A是A35端。用于A35與M4之間的相互喚醒。

QNX基于A35運(yùn)行；

QNX本身自有的圖形監(jiān)視子系統(tǒng)用于保證正常圖形繪制的安全性以及可靠性；

借助QNX的微內(nèi)核系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)，可以動(dòng)態(tài)加載和升級指定的驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用、協(xié)議棧等，當(dāng)有一個(gè)CPU失效時(shí)，剩余的CPU可以同時(shí)承擔(dān)冗余工作和平衡負(fù)載的能力；

同時(shí)界面工具QT（或者KANZI）有完整的安全渲染機(jī)制（Qt Safe Renderer version 1.1.），通過工具所提供的安全渲染引擎（Safe Renderer Engin），能夠?qū)Π踩笞罡邎D層進(jìn)行渲染（警告圖標(biāo)等等）；

上述A35核本身借助符合ISO26262-ASIL-B的QNX+QT的工具集來保證系統(tǒng)和功能的安全性和穩(wěn)定性

借助QNX的POSIX –API接口，與M4核進(jìn)行通訊（SCU+PRC）

M核基于RTOS，M核端運(yùn)行Watch dog；

實(shí)現(xiàn)由M核對A核的服務(wù)與消息機(jī)制的監(jiān)管；

當(dāng)A核出現(xiàn)徹底的失效或者需要軟件重啟的時(shí)候，提示相關(guān)的Warning等相關(guān)信息； 

建議：

QNX符合ASIL-B的顯示子系統(tǒng)安全機(jī)制；

HMI圖形工具QT的安全渲染機(jī)制，保證失效機(jī)制下的最高等級圖層顯示（FB0）。M4核是冗余設(shè)計(jì)出來的。

The QNX CAR platform boots in several stages, as illustrated in the following diagram:

QNX的安全啟動(dòng)流程參考如下：引用QNX Boot_Optimization_Guide

NXP的imx8芯片是基于硬件虛擬化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具有以下功能：

雙系統(tǒng)獨(dú)立啟動(dòng)，雙系統(tǒng)為LINUX+ANDROID

崩潰檢測

硬件資源劃分

共享內(nèi)存

使用NXP硬隔離方案，在兩個(gè)Domain之間通過MU和Share Memory的方式進(jìn)行信息通訊和數(shù)據(jù)共享