智能座舱系统设计3——核心控制器的系统设计
作者|木白
出品|汽车电子与软件
目 录
第一章：核心芯片平台选型
第二章：视频模块系统设计
第三章：音频模块系统设计
第四章：BT_WiFi模块设计
第五章：电源系统设计
第六章：网络连接系统设计
第七章：功能安全系统设计
书接上期，前两期讨论了智能座舱的属性、范围、功能需求和非功能需求，以及未来的发展趋势。本期来分析车载智能座舱核心控制器的系统设计。
第一章：核心芯片平台选型
核心芯片是智能座舱核心控制器的心脏，下面以高通座舱处理器为轴心，从高通820A开始梳理座舱核心处理器。
第一代SOC选型
高通从820A开始逐渐打开市场；Intel以Apollo Lake进军汽车座舱领域，但后来并未形成规模便逐渐退出汽车领域；TI的Jacinto6一度风头无两；NXP的IMX6/8系列梯度覆盖高中低端车型。
第二代SOC选型
高通8155市场应用规模逐渐扩大，并占领主要地位；芯擎收发国内7nm车规座舱芯片，以硬隔离架构正面对抗虚拟化架构的高通8155；三星退出V7等一系列的座舱芯片，但市场反应冷淡；MTK推出8675座舱芯片PK高通；芯驰推出了X9系列座舱芯片。
第三代SOC选型
高通延续强势尽头推出8295芯片，之后又推出低成本8255芯片，AMD与亿咖通合作推出V2000主打座舱游戏（AMD在智能座舱领域目前只有与特斯拉合作的V1000和亿咖通合作的V2000），但由于经济大环境下行，降本增效成为行业发展趋势，AMD的游戏座舱策略被经济大势所淹没。
* 这里并未列举MTK的8676/8等座舱芯片，后面拿到相关参数再行补充。
** 第三代座舱芯片之后，高通又推出了8X97的越级性能提升芯片，目标中央计算平台，待后面有机会分析中央计算/舱驾一体议题时再进行相关说明。
第二章：视频模块系统设计
视频模块的系统设计思路：
性能最大化设计原则
深度挖掘SOC 芯片的CPU、GPU、ISP算力潜力，实现算力资源的高效调度与充分利用。
全面释放视频接口的数量与带宽性能上限，保障接口传输能力满足业务峰值需求。
结合视频显示、摄像头采集的双重功能需求，精准匹配算力指标与视频格式、位宽、帧率、分辨率等核心规格参数。
基于功能应用频次、多任务并发场景特征，构建具备高扩展性的平台化架构，提升模块的场景适配能力。
全场景兼容设计原则
支持同封装芯片的高低配灵活切换，满足不同车型的硬件配置梯度需求，降低车型适配成本。
兼容多样化的功能配置方案，可根据不同规格的功能需求进行模块化裁剪与组合。
兼顾平台最大支持能力与常规应用能力的平衡，在保障极限性能的同时，优化常规场景下的资源消耗。
成本优化设计原则
从硬件选型、方案设计等多维度实施成本管控，响应国产化替代需求，实现产品性价比的最大化提升。
未来竞争力设计原则
预留功能演进的扩展空间，兼顾当前需求与未来技术迭代趋势，延长产品生命周期，保障长期市场竞争力。
各显示接口规格说明
备注：DisplayPort 接口，其主链路可配置1 组、2 组或 4 组差分数据对，数据传输采用8b/10b 编码格式。
Camer系统设计
下图为高通8155采用QNX+Android虚拟化方案实现的camera系统设计简图。
视频显示Touch功能
下图为触摸屏的Touch功能从方向盘按键采用LIN总线输入给座舱域控制器，在座舱域控制器内从MCU发送给SOC，在SOC内部仪表域再转发给娱乐域应用。
视频显示层级定义
Android 常规应用显示层级
开机动画的显示层级高于普通应用UI 界面。
全景影像（AVM）的 UI 界面，显示层级高于开机动画。
仪表端显示内容层级
基础非安全类HMI：包含车模、多媒体、电话、导航转向提示（Turn By Turn）等非功能安全相关的显示内容。
功能安全类HMI（FUSA HMI）：涵盖车速、档位等与行车安全强相关的核心信息，其显示层级高于基础非安全类 HMI。
开机动画：显示层级高于基础非安全类HMI。
导航投屏内容：由娱乐系统渲染后投屏至仪表屏的导航界面，为仪表端所有显示内容中层级最低的类型。
第三章：音频模块系统设计
音频模块系统设计思路
标配音响系统：锚定主流方案，平衡体验与落地效率
以打造完整音响体验为核心目标，采用行业主流技术方案，保障产品交付质量与开发进度，同时实现性价比最优解。
并行考量集成式方案与独立音响模块方案两种技术路径；需特别注意，RNC 功能因对信号时效性要求严苛，必须集成于独立功放中实现。
若开发条件具备，可基于调音效果与功放匹配需求，重新制定扬声器开发标准，输出针对性的参数匹配方案，实现硬件性能与声学效果的精准契合。
进阶音响系统：打造差异化体验，彰显技术实力与产品理念
从媒体音频处理算法、功放硬件配置、扬声器的数量与品类选型，到沉浸式音效等声学体验，进行全维度升级，显著拔高产品音响品质。
深度融入前沿科技元素，应用行业领先技术，充分展现研发硬实力，提升产品的科技质感与市场辨识度。
软件功能方案以用户体验为出发点，一方面扩充优质媒体资源储备，另一方面打造更具视觉冲击力的HMI 交互界面，以此提升产品附加值与品牌溢价能力。
设计注意事项：
TDM/I2S时钟频率、Master、帧率、位深、channel数量；
TDM/I2S同时挂多个负载的驱动能力，以及各个设备间的TDM参数匹配程度；
快速发声设计，以及快速发声时的时钟源；正常工作时的时钟源是否与快速发声系统的时钟源一致，不一致时如何考虑系统性能；
内部功放与外部功放的兼容设计，及高低配系统的兼容性设计；
Flash的容量需求情况，DSP固件以及快速发声的音源文件大小；
A2B总线挂载设备数量不能超过A2B规范要求；
A2B总线各负载的电源供电设计；
AVB设计的以太网时钟与Audio时钟设计；
回声消除设计，外部功放反馈的参考音通道数量；
A2B各节点的连接顺序，与整车布线的考虑，确定上行下行的TDM Slot分配情况；
SOC内部DSP使用与外置DSP使用的兼容设计。
ECNR, RNC, EOC, VR等音频相关功能的分配部署需要考虑ARM及DSP算力及这些功能的性能指标。
第四章：BT_WIFI设计
BT使用场景注意
HFP和A2DP不能同时使用：
HFP工作主要用于通话功能，语音走的SCO通道，SCO通道对实时性要求比较高，为高优先级传输；
A2DP工作主要用于音乐功能，走ACL通道，相对SCO通道优先级低一些。
如果要求二者同时工作，SCO会占用较多RF射频资源，可能导致A2DP带宽不够，声音出现不流畅的可能性。
A2DP的Source和Sink理论上可以同时存在，不过需要开发协议栈比较困难。
Android原生接口不提供两个不同音频，对Android原生接口改动较大，如果提供相同音频，即两副耳机，对Android原生接口改动较小。
ACL：异步无链接（Asynchronous Connection Less），主要用于分组数据传送；
SCO：同步定向链接（Synchronous Connection Oriented），主要用于同步话音传送。
图示说明1x1+1x1, 2x2+2x2等写法的含义
第五章：电源系统设计
静态功耗设计要点
系统启动状态与功耗特性
冷启动模式：系统执行彻底关机（shut down）操作，功耗降至最低；
STR启动模式：系统进入STR（挂起）状态，此时DDR内存维持自刷新模式，仅产生该状态下的基础功耗。
静态耗电电路范围
系统中直接连接蓄电池（Battery）的电路模块均为静态耗电单元，具体包括：电源模块、被动器件、CAN/LIN收发器、微控制单元（MCU）等。
MCU静态功耗控制要求
MCU静态下支持两种状态：OFF状态与Sleep状态。其中，OFF状态下无功耗产生；Sleep状态下需重点管控以下维度，以控制功耗：
MCU引脚的输入/输出（IN/OUT）配置及电平（High/Low）、高阻（High-Z）状态设定；
外部配套电路的阻抗匹配设计；
MCU内部时钟及核心模块的工作状态；
中断唤醒机制的合理性设计。
电源模块静态功耗优化
电源模块在低负载场景下的效率曲线，直接影响系统静态电流大小，需针对性优化电源效率设计。
CAN收发器选型要点
选型时需评估系统被频繁唤醒的风险，优先选用支持特定唤醒帧的CAN收发器。此举可避免系统非必要频繁唤醒，既能降低静态电流消耗，也能减少MCU因频繁启停导致的故障风险。
电源迁移逻辑
电源模式说明
第六章：网络连接系统设计
车载网络总线汇总
车载网络实例
座舱域控制器网络接口
设计注意事项
CAN/CAN-FD收发器选型考虑：静态电流、唤醒功能需求、信息安全功能需求、带宽能力、通道数量，MCU AutoSAR支持能力、成本因素。
LIN收发器选型考虑：静态电流、唤醒功能需求、成本因素。
Flexray收发器选型考虑：无，主要应用于沃尔沃、吉利等车型；
Ethernet收发器选型考虑：静态电流、唤醒功能需求、MCU AutoSAR支持能力、成本因素。
A2B收发器选型考虑：通道数量、I2C/SPI控制接口类型、总线节点支持能力。
LVDS串行器解串器：除应用于摄像头与显示屏的视频通信连接外，也应用于座舱与智驾域间的视频流传输，需要考虑功能安全、带宽能力等。
第七章：功能安全系统设计
ISO26262流程和相关定义
Fault、Error和Failure之间的关系和区别
FTTI与FRTI
FTTI:Fault Tolerant Time Interval (容错时间间隔)；
FRTI: Fault Reaction Time Interval (故障反应时间间隔)。
仪表系统功能安全设计