汽車座艙的多螢幕時代來了
2020年9月1日
如果你置身於特斯拉最新推出的Model 3的座艙中，即使車子還沒有發動行駛，你也一定會被在座艙中央的那個15英吋的觸控螢幕所吸引。它取代了傳統座艙中的儀表板和中控，取消了幾乎所有實體按鈕，讓整個座艙的設計極簡而又充滿了科技感。
觸控螢幕走進汽車座艙並不是新鮮事，但是像Model 3這樣將觸控式螢幕用得如此極致，還是很有顛覆性的，從中我們也可以洞察出一個大趨勢：觸控螢幕正在成為車載HMI的主旋律，未來將有更大、更多的螢幕出現在駕艙中。按照Strategy Analytics分析師的預測，今後在一些高檔汽車中，顯示螢幕的數量可能會多達甚至超過10塊。
圖1 ，Model 3的座艙中採用了15英吋的觸控螢幕作為HMI（圖源：網路）
多屏設計的機遇與挑戰
推動這一多螢幕趨勢的動力，主要來自以下幾個方面：
首先，如今的汽車為了確保更安全更舒適的使用者體驗，需要處理大量的資料，這些資料相關的資訊也要和使用者進行更為高效的互動，而傳統的“儀錶板+中控”的車載HMI顯然無法滿足這種資訊交互的要求，資訊的展示方式也不夠友好，唯有更大、更多、更直觀的觸控螢幕方可應對這一快速增長的需求。
其次，今天的汽車已經不是一個單純的交通工具，它承載了更多資訊娛樂的功能，需要為座艙內所有的用戶——包括駕駛員和乘客——提供個性化的服務，一塊中控螢幕顯然無法滿足多用戶個性化的需求，多螢幕配置勢在必行。
再有，汽車及汽車中使用者與外部世界的資訊交互越來越多，交互場景也越來越多樣化，多螢幕聯動，各司其職，無疑提供了一種更具靈活性和擴展性的解決方案。
當然，任何一次功能的反覆運算，勢必帶來新的技術挑戰，螢幕數量的增加和功能的提升，與汽車有限的空間之間將是一對難於調和、又必須認真處理的矛盾，這也就促使螢幕背後的電子元器件必須在高集成、小型化方面來一次全面的升級。我們可以看到，這樣的變化已經在發生。
一芯多螢幕的應用處理器
“壓縮”多螢幕背後的電子系統尺寸，可以從多個維度進行，而最關鍵的一點肯定要落在作為螢幕處理控制核心的應用處理器身上。傳統汽車系統中，操控每塊螢幕的處理/控制器都是獨立的，也就是說每增加一塊螢幕，也就需要增加一顆處理/控制器，成本和空間上的壓力也會隨之增加。解決這一難題，一個很自然的想法就是“能否用一顆處理器去支援多個螢幕？”恩智浦的i.MX 8QuadMax應用處理器就是沿著這一思路而設計的解決方案。
恩智浦提供的資料顯示，i.MX 8QuadMax集成了兩個Arm Cortex-A72內核、四個Cortex-A53內核、兩個Cortex-M4F內核和兩個GC7000XS/VX GPU，同時包括HiFi 4 DSP，支援LPDDR4記憶體以及帶音視頻橋接（AVB）功能的雙Gb乙太網。可以說i.MX 8QuadMax延續了i.MX 8應用處理器家族高性能的特點，其GPU、四個Arm內核和IO選項，可以為使用者提供具有人工智慧和機器學習所需的處理能力和靈活性。
而其最大的特色是，具有獨特的硬體分區架構和功能，可以在沒有管理程式的情況下運行多個作業系統，在單個處理器上支持最多4個獨立的螢幕（解析度可達4K），在提供足夠的處理性能的同時，各個螢幕之間的代碼是彼此“隔離”的，能夠很好地滿足每個螢幕獨特的可靠性和安全性的要求。
在年初的CES2020 上，恩智浦展示了基於雙i.MX 8QuadMax晶片實現的、支援多達11塊螢幕的多屏解決方案，這些顯示幕包括HUD、儀錶盤、副駕顯示、中控、左右後視鏡顯示幕，以及內後視鏡等，可以說覆蓋了目前可以想到的所有基於螢幕的汽車HMI應用的場景。
目前，i.MX 8QuadMax正在積極做好“上車”商用的準備，比如通過與全球高端車載資訊娛樂系統供應商ART的合作，基於i.MX 8QuadMax的多屏顯示系統已經進入了一些高端車型的2021年生產計畫。一經市場驗證，未來這種“一芯多屏”的方案逐漸下探至中、低端車型市場，只是一個時間的問題。
圖2 ，基於恩智浦雙i.MX 8QuadMax晶片架構的，支援多達11塊螢幕的汽車多屏HMI解決方案（圖源：NXP）
高集成的電源管理晶片
除了主控晶片，車載顯示器的其他週邊元器件也在為了迎接多屏時代的到來進行著升級。比如在汽車顯示幕的電源管理晶片領域，“新物種”已經出現。
傳統的車載顯示幕電源設計，需要4-5顆分立的IC，通常包括：一顆高壓降壓轉換器提供3.3V電源軌；一顆高壓低IQ LDO負責MCU供電；一顆低壓LDO應對低雜訊應用；一顆低壓降壓轉換器提供解串器供電；一顆看門狗計時器支持MCU復位（如圖3）。當螢幕增多之後，這樣的架構顯然會擠佔有限的系統空間。
圖3 ，傳統的採用分立IC的車載顯示幕電源系統（圖源：Maxim）
為了簡化汽車顯示器電源系統，2020年初，Maxim Integrated推出高集成度汽車顯示幕PMIC MAX16923，它在單一晶片中集成5大功能，有效降低了設計複雜度和方案尺寸，配合 MAX20069 TFT偏置電源和LED驅動器，只用簡潔的雙晶片架構，即可滿足12.3英寸及以下汽車顯示幕供電所需（如圖4）。
圖4 ，基於高集成度汽車顯示幕PMIC MAX16923的雙晶片車載顯示幕電源系統（圖源：Maxim）
從圖4中可以看到，MAX16923高集成電源管理功能包括：
- 一個高壓2.1A降壓轉換器(5V或3.3V)
- 一個高壓100mA低IQ LDO(3.3V)
- 一個低壓1.6A降壓轉換器(3.3V、1.8V、1.2V或1.1V)
- 一個低壓線性LDO(3.3V、1.8V、1.5V或1.0V)
- 看門狗計時器
採用這樣的方案，將系統方案的晶片數量從5片減少為1片，尺寸縮小50%，可以有效降低設計複雜度，縮小方案尺寸，優化BOM成本。要知道這裡省下的空間和成本，也就意味著汽車顯示系統更大的功能擴展空間、更優的用戶體驗，由此帶來的附加值非常有意義。
總之，多螢幕時代的汽車座艙新體驗，讓人充滿了期待，也會讓越來越多的用戶為之心動。而作為開發者，如果你嗅到了其中的商機，也是時候對螢幕背後的晶片“動些手腳”，升級反覆運算，為未來的汽車多螢幕應用釋放更大的空間。
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