从IP到显示汽车系统的层次结构简易介绍

有数据显示，现在购买汽车时将动力和性能视为关键考虑因素的人还不到四分之一 ，而超过三分之一的人则认为舒适性和车内用户体验是决定因素。汽车制造商们也快速接受了这一现实，汽车的新战场已经从引擎盖下悄悄地进入驾驶舱。许多制造商从事这项业务已有几十年甚至几百年了。在此期间，他们已成为硬件专家，从传动系统到底盘，从BHP到RPM。但在现代及未来的车辆中，没有华丽、高性能的用户前端，仅凭硬件是不够的。

芯片，驱动需求的新引擎

计算机已经成为汽车运行各个方面的基石。关于高级驾驶辅助系统 （ADAS） 和自动驾驶 （AD） 的讨论很多，从发动机管理和排放控制，到气候和人机接口 （HMI） 的所有内容都由通用图形处理单元 （GPGPU） 提供动力。随着对GPU的日益依赖，仅仅尝试适应通用解决方案是不够的，这些解决方案往往具有不切实际的空间和热要求，侵蚀了空间占用和舒适性。随着电气化进程迅猛发展，他们最大的问题是低效的电力需求，这可能会极大地影响未来的电动汽车（EV）。

除了这些原因，以汽车为重点的GPU，还面临功能安全问题。如果游戏机或电视 GPU 崩溃，没有人会受伤，但在驾驶空间中，这些问题可能是致命的。行业标准，如ISO 26262和众多的ASIL安全级别，需要从一开始就进行集成和认证，如Imagination Technologies BXS系列汽车GPU。

一切都是为了操作系统

如果一个强大的GPU是系统核心，那么操作系统就是车辆周围移动数据的命脉。汽车工业在开发普遍采用的操作系统上迈出了巨大的步伐。世界上最大的汽车制造商一直致力于汽车开放系统体系结构（AUTOSAR）的开发。通过标准化大块的操作系统，制造商做了大量工作实现创新。当功能设计人员不需要从零开始构建时，这可大大节省为克服互操作性难题所需的时间。它还为开发人员提供了一个极好的安全网，让他们知道，通过使用虚拟功能总线（VFB，Virtual Function Bus），他们的应用程序或功能将能够与系统的其余部分无缝地啮合，即使使用独特的运行时环境（RTE）。使用虚拟功能总线（VFB）运行多个 RTE，允许使用中央接口点，这意味着这些系统可以相互通信。为了能够接收这些数据输入，对其进行处理，并将其传递给现代车辆中的数百个电子控制单元（ecu），需要大量的同时计算。

虚拟功能总线不会是 GPU 需要处理的唯一高数据流应用程序，GPU还可以同时维护 HMI 操作系统 （OS），并确保执行安全关键图形功能。为了保证这一切的安全和顺利运行，最好的方法是使用多核GPU。随着系统中有了更多的核，就可以同时处理更多的数据，以最大限度地减少延迟。它还允许独特的方式来分割和处理最重要的数据。从一开始就具有多核和灵活性的GPU可以使用硬件虚拟化来允许多个操作系统和应用程序在不同的核上运行。这意味着，如果 GPU 的另一个区域出现瞬时错误，则安全关键系统仍能正常工作。

像AUTOSAR这样的操作系统已经帮助削减了汽车软件系统的开发成本，但是节省的成本还有限。从现在到 2030 年，ADAS 和信息娱乐发展预计每年将增长 20%， 这说明在驾驶舱中呈现充满活力、丰富的视觉环境变得前所未有的重要。

蛋糕上的樱桃

我们已经讨论了客户如何从关心轮辋的英寸，到屏幕的英寸，但大小本身并不是区分的标准。在过去 4-5 年中，4K 显示器和高动态范围 （HDR） 内容的兴起非常重要。它已经从高端电视走向大众市场和手机。消费者也开始期望他们的车辆达到这样的逼真度。这些额外的像素使GPU计算需求将呈指数级增长。它也不会只是被动信息显示，其中许多显示器将是触摸式界面，需要精确和快速响应。研究表明，随着输入延迟的增加，显示屏上执行任务的准确性则会降低。这不仅非常不便，会降低用户体验，它还构成了安全风险，输入滞后导致的分心和挫折感可能将注意力远离道路。驾驶舱显示屏的另一个关键元素是刻度盘和仪表盘。以前这些设备价格高昂，难以设计，现在正变得越来越数字化。必须正确渲染当前速度、齿轮指示灯和危险灯等内容，并且不能容忍输入延迟。

为了保持一切顺利和安全运行，使用单独的GPU成为新的解决方案之一，它为刻度盘与仪表盘提供独立于其他系统的驱动力，甚至在数字面板后面使用带有物理警示灯也成为综合解决方案。从设计和成本的角度来看，这些可能会受到限制，需要更多的GPU，或限制拨号用户界面（UI）呈现的方式。另一种方法是使用分块区域保护 （TRP），这是 BXS GPU 中采用的一种技术，可以将屏幕区域分割并标记为安全关键区域。无论系统状况如何，TRP都将给予它们优先级，从而保持最新的数据信息。

就像一个聪明人把房子建在岩石上

HMI 和信息娱乐系统是驾驶员进入车辆时最先接触到的事物，也是他们最难忘的体验经历。在以汽车为中心、高效、高性能GPU的帮助下，汽车制造商每天都在不断优化和改善这些体验。
编辑：lyn