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汽车集群实现安全与创新的结合

星星科技指导员 来源:嵌入式计算设计 作者:Jason Williamson 2022-06-16 14:34 次阅读

仪表盘正在经历一场彻底的改造。屏幕正在接管集群,因为屏幕和驱动显示器的硅成本都在下降。在某些情况下,集群是物理仪表和屏幕的组合;在其他情况下,所有集群信息都显示在大型薄膜晶体管 (TFT) 显示器上。在这两种实施方式中,集群都是主要的、对驱动程序至关重要的房地产,使其部署没有典型的人机界面 (HMI) 挑战。所有特性和功能都必须易于理解。此外,整个嵌入式集群系统必须非常注重安全、高性能和容错。

从如何构建更小的驾驶员信息显示器中吸取的经验教训需要大幅扩大。让我们看看四个最大的机会领域:异构显示器、高级芯片、简化认证和原生 C 语言开发。

在汽车市场中,并非所有屏幕元素都是平等的。例如,您很高兴知道您的清洗液过低。车辆集群中的状态元素可以快速轻松地提供该信息。但是,更重要的是要知道您超出了速度限制。清洗液状态不是安全关键。你的速度是。

考虑到这一点,大多数汽车制造商都在为速度计和转速计显示元素争取 60 帧/秒 (FPS) 或更高的帧速率,以创建平滑的外观并实时更新信息。其他图形(例如燃油和车辆状态)通常可以以 30 FPS 或更慢的速度运行。为不同元素设置不同的帧速率与传统的图形代码不同,因为简单的方法只是在屏幕上绘制,每次屏幕刷新都会更新所有元素。

更聪明的策略需要重新设计代码以区分图形的处理方式。这可以通过创建单独的代码循环来完成,这些循环以不同的频率更新不同的元素,并协助使用硬件层来解耦重绘的内容(接下来更多关于硬件层的好处)。执行此方法不会对性能产生不利影响,这一点非常重要,因为在低端硬件上实现 60 FPS 本身就是一个挑战。

使用或丢失

芯片供应商正在针对汽车行业应用进行创新,发布新的嵌入式处理器,使集群开发团队能够从更便宜的芯片中获得更高的性能。集群开发团队有责任利用其硬件的高级功能,以便充分利用所选处理器。硬件设计可以显着提高性能,同时保持较低的材料清单 (BOM) 成本。

例如,一些硬件提供双管道来将图形显示到屏幕上。使用这两个管道可以大大提高图形密集型屏幕的性能,因为宝贵的 CPU 周期用于构建渲染列表以供 GPU 并行执行。此外,这些管道之一通常是针对硬件平台量身定制的——例如瑞萨部件上的 RGL 或赛普拉斯NXP 部件上的 IRIS。这些图形库由 Altia 和硅供应商合作伙伴定制和完善,以从硬件中获得最佳性能。

一个未充分利用但非常强大的平台功能是硬件层。几乎每个现代集群用户界面都由相互堆叠的图形组成。这意味着当屏幕的某个区域被重绘时,硬件正在绘制每个图形片段,并确定哪些部分应该被组合并推送到屏幕上。层为您完成所有这些工作,减轻了 CPU 的这种不必要的负担。您甚至可以使用图层来实现无 CPU 的简单动画。通过利用硬件层可以轻松实现在屏幕上隐藏和显示或移动对象等常见动画。

此外,如果使用得当,层可以显着降低 ROMRAM 要求。当您考虑仪表组时,背景图像通常是一层,必须经常更新的指针可能是另一层,安全关键信号可能是第三层。对于后两种情况,图形细节可能很少。背景的图像质量可能需要非常高,这会增加所需的内存。能够区分这些图像质量要求意味着您可以节省宝贵的内存。虽然在这种情况下,我们只调用低质量和高质量元素,但两者之间有许多阴影,为开发人员提供了所需的保真度和最小的内存占用。配置每一层可以通过接口中的每个对象来节省内存——现代集群中的对象数量可能会高得惊人。在一个只有 8 个按钮的 800×480 界面的简单模型中,Altia 发现通过使用硬件层,RAM 可以减少 50%,ROM 可以减少 0.5 MB 以上。

更简单的认证

随着越来越多的关键驾驶数据显示在屏幕上,Altia 的客户将安全作为首要工具链要求。ISO 26262 等标准确保代码和流程符合任务关键型应用程序所需的严格准则,这给已经尝试压缩开发周期时间的开发人员增加了巨大的负担。因此,开发团队能够精明地最小化需要认证的代码是很重要的。

实现这一壮举的传统方法是分离代码。物理信号和仪表用于传达安全关键信息,而驾驶员信息显示器则提供补充信息。随着集群中的屏幕成为车辆身份中更加不可或缺的一部分,汽车制造商巧妙地模糊了集群中数字和模拟信息之间的界限。在某些情况下,这样做会导致难以感知屏幕停止和物理指示器开始的位置。通过这种方式,开发人员可以分割出必须通过扩展认证的最安全的代码片段。

即使在完全基于屏幕的集群上也会发生类似的划分。Altia 生成的图形代码可以利用现代 RTOS 中的管理程序在安全认证软件与所有剩余集群软件之间提供铁定的分离。您甚至可以在每个虚拟机管理程序上使用完全不同的操作系统,从而提供最大的安全性和灵活性。这使您可以自由地使用软件绘制所有内容——提供统一的外观和感觉——同时利用可用的 CPU,从而降低成本和复杂性。

本地化

开发团队可以通过多种方式为汽车集群创建嵌入式图形。一些编码人员使用已强制安装到嵌入式系统上的高级库。其他人使用解释界面布局命令的重量级黑盒引擎。精明的开发团队明白,最安全、最简单的图形开发方法是原生 C 代码。

几十年来,专业知识和人才以及工具和流程已经过完善,以产生最高质量的嵌入式代码。此外,C 代码提供了生产嵌入式平台所需的紧凑性和性能。毕竟,这些团队并没有开发在 PC 上运行的 Web 界面——这是一种深度嵌入式设备,必须在每种情况下立即做出确定性的反应。

现代集群:创新机会

现代集群是车辆中一个非常先进的技术领域,但它不是一台在出现问题时可以重新启动的高性能 PC。安全性和同样重要的可靠性至关重要。但仪表板中的显示也不再是简单的多行驾驶员信息显示。对于推动汽车用户体验创新边界的汽车工程师而言,现代集群是一项独特的挑战。重要的是要平衡可用性和代码认证要求,同时优化有限硬件上的图形性能,以便为下一代模型实现安全但有吸引力的仪表盘。开发团队面临许多挑战,但有了正确的工具和流程,他们就有能力彻底改造集群 HMI。

审核编辑:郭婷

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