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Mentor Graphics高级汽车车内系统的参考设计

作者:不爱吃窝瓜时间:2015-09-13浏览次数:1295

如今汽车制造商想在创新、降低零件成本、快速推向市场这三个方面取得成功变得更加困难。驾驶员和乘客都期待智能手机和平板电脑所具备的功能成为车内电子系统的一部分。

近年来一些原先作为高端、顶配而引入的功能已经低廉化,越来越多的车款搭载了这些功能。有一种新趋势是相互竞争的汽车品牌制造商使用同一种技术 -- 如信息娱乐系统的 GENIVI Linux 平台。 但为 吸引和保有客户进行创新和 OEM(原始设备制造商品牌)差异化的需求依然强劲。将专有、内部开发的嵌入式软件与开放源代码包结合在一起的方式是一种越来越受追捧的解决方案。

Mentor Graphics 开发的“概念验证”参考 平台可以灵活地按具体设计定制、可用安全的汽车级代码包提供客户要求的功能。该特殊平台可根据当前市场趋势进行设计,包括:驾驶员信息模块 (DIM);汽车信息娱乐;智能手机和平板电脑整合;先进的驾驶辅助系统 (ADAS) 功能;与现有车内网络一同工作的基于AUTOSAR标准的通信能力。通过在一个汽车硬件参考平台上引入 Type-1 嵌入式虚拟机 (embedded hypervisor) 进行核心设计实现对此技术的整合,本例中使用了最近被 Mentor Graphics 收购的 XS Embedded GmbH (XSe) 的 汽车级 AXSB。

本设计面临一些挑战,其中包括:保持每个被运行的应用程序的性能可接受、共享可用的硬件资源、管理安全的域间通信。

满足概念要求

Linux 作为得力的多任务操作系统已经逐渐为汽车制造商所接受,它能运行高端的图形化汽车应用程序、支持多种外围设备,如相机、USB 设备、音频和多媒体功能设备。驾驶员信息模块 (DIM)、车辆报警系统和控制对计算资源要求不高,但仍需要确保性能和一个稳定的显示屏显示重要的安全状态信息。为实现这些功能,采用安全的实时操作系统 (RTOS) 非常合适。车辆控制领域网络 (CAN)、FlexRay 或其它网络获取的信息可以提供给实时操作系统。

设计要求是将这两个独立的操作系统(Linux 和 RTOS)以及运行的应用程序整合到一个硬件参考平台上,并且可以借助 AUTOSAR 4.0.3 标准界面(图1)实现 CAN(车辆控制局域网)通信。车辆设计者必须整合消费电子设备已成事实,95%以上的市场通过提供对苹果 iOS 和谷歌 Android 设备支持满足这一需求。其它标准正在这一领域出现,Mentor 的概念验证平台包括 MirrorLink support、Apple CarPlay 和 Google Android Auto。

通过选择多核参考平台降低要素成本、实现硬件整合。这降低了车辆组件的数量以及电子线束设计的相关成本。所用 XSe AXSB 平台搭载了德州仪器公司 (Texas Instruments) J6 多核 CPU(中央处理器和瑞萨电子公司 (Renesas) V850 MCU(微程序控制器)。AXSB 还包括许多针对以太网(ethernet)、串口 /USB、电台调谐器、倒车摄像头输入电路和 CAN 收发器等众多支持性外围组件。一种基于 Yocto 且符合 GENIVI 的 Linux 发行套件已经针对该平台进行了高度优化,可实现快速开机。而且,一些重要的 Linux 组件(如音频管理和图形管理层)已经得到了“加固”。改善后的内存组件和引导装载程序让 Linux 操作系统在两秒钟之内就能正常运行,满足汽车制造商对信息娱乐和导航系统的要求。

Mentor Graphics 的 Nucleus® RTOS(实时操作系统)占用的资源少、启动快,因此被选作驾驶员信息模块 (DIM) 的操作系统。该操作系统可配置性高、拥有一个针对流行的驾驶员信息模块(DIM)图形支持应用软件的标准界面 Open GLES2。利用远程协议消息(Remote Protocol Messaging, RPMsg)进行稳定的通信,让驾驶员信息模块 (DIM) 软件栈向信息娱乐系统和 AUTOSAR 软件栈传送实时数据。

消费电子集成

时下汽车制造商无法逃避的是 -- 需要支持基于苹果 iOS 系统和基于谷歌 Android 系统的设备。通常智能手机和平板电脑制造商的创新周期不足一年,因此需要一种普遍支持的可以连接这些设备和车内电子系统的方法,并且在整个车辆使用年限之内这一方法都能用。早期的系统使用蓝牙 (Bluetooth),但蓝牙技术没有进行多媒体整合的带宽,也不支持后座娱乐的视频流。USB 是一种公认的连接方法,Wi-Fi(无线网络)车内链接正在逐渐用于视听信息传输,同时提供车内热点从而支持多设备客户。成立汽车连接联盟 (CCC) 是为了推动和提议 MirrorLink 成为行业整合智能设备的标准方法。借助 MirrorLink 可通过信息娱乐管理设备远程访问、显示和控制基于手机的应用软件。执行者可以控制哪些应用软件可用以及如何访问 -- 是通过触摸屏用户界面还是安装在方向盘上的按钮。多设备制造商和车辆 OEM(原始设备制造商)是汽车连接联盟 (CCC) 成员,有几款采用了该技术的产品已经处于生产阶段。苹果公司 (Apple)  已经推出具有类似功能的专有 CarPlay 解决方案。

如今任何一款新车上都应拥有智能设备集成功能。它让驾驶员能立即访问联系人、音乐、视频和最爱的应用软件,以及利用智能设备连接4G/LTE网络。这样可以实时访问云服务,如导航、礼宾服务、个人电子邮箱等。Mentor 参考设计包括实施 MirrorLink 标准和可以通过10英寸触摸屏界面执行所有智能手机的功能。


 
图 1:参考设计概要。



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