基於NXP iMX8QM 汽車儀表+車載娛樂雙作業系統解決方案

關鍵字 :NXPiMX8QM
在汽車產業不斷的發展下,新型汽車都有一個可使用地圖、娛樂和其他功能的資訊面板(所謂的車載娛樂系統)。另一方面,數位儀表板也正在取代傳統汽車的儀表板。
現階段,每個車商所開發數位儀表板與車載娛樂系統,都是由兩套獨立的晶片系統所完成設計。一套晶片系統負責數位儀表板,另一套晶片系統負責車載娛樂系統。例如:數位儀表板系統可以由i.mx6Q的晶片實現。i.mx6Q的晶片周邊必需有獨立的電源系統,儲存裝置,記憶體晶片,再搭配許多的傳輸介面(如CAN-FD,LIN,Ethernet..)來達到數位儀表板所需的功能。車載娛樂系統可以由i.mx6QP的晶片實現。i.mx6QP的晶片周邊也必需有獨立的電源系統,儲存裝置,記憶體晶片,再搭配多媒體介面(如WIFI,BT,USB..)來達到車載娛樂多媒體所需的功能。在這樣的架構之下,開發商的所開發的系統就會變得複雜,成本也會居高不下。由上面的例子來看,在兩套系統中的"電源系統,儲存裝置,記憶體晶片"就會使用到兩套。
雙晶片雙系統架構

因此,在基於單晶片之下獨立進行雙系統的方案就油然而生。這樣一來可以開發上節省成本。單晶片系統中,只需要一套的"電源系統,儲存裝置,記憶體晶片"。基於單晶片之下獨立進行雙系統,一個系統負責數位儀表板,一個系統負責車載娛樂。應用說明如下:I.MX8QM晶片內部有4個Cortex-A53核芯,2個Cortex-A72核芯,2個Cortex-M4F核芯與2個GC700+的繪圖核芯。

1. 規劃將2個Cortex-A72核芯,1個GC700+的繪圖核芯與1個Cortex-M4F核芯:執行LINUX作業系統,並在LINUX系統上執行數位儀表板的功能。
將I.MX8QM晶片大部分的 IO 接口分配給數位儀表板(如: CAN/LIN BUS, Ethernet, ...)。
數位儀表板在車子需要強大的安全機制。I.MX8QM可以透過Cortex-M4F核芯來完成系統錯誤回復機制,讓駕駛者不至於恐慌。Cortex-M4F核芯也可以用來加速數位儀表板的開機。

2 規劃將4個Cortex-A53核芯,1個GC700+的繪圖核芯與1個Cortex-M4F核芯:執行Android Auto作業系統,並在Android Auto系統上執行車載娛樂的功能。
將I.MX8QM晶片中多媒體的 IO 接口分配給數位儀表板(如: USB, SD Card, WIFI/BT, HDMI..)。
單晶片雙系統
以下為I.MX8QM晶片在單晶片架構執行雙系統展示影片:



另外,由於I.MX8QM晶片是最新世代的晶片,通過了ISO26262與ASIL-B在車用市場上的認證。
由於通果這些認證,更能確保I.MX8QM晶片在車用系統上的安全等級。

1. 提供靈活快速的啟動機制:I.MX8QM晶片內含Cortex-M4F核芯,靈活使用Cortex-M4F核芯達到快速啟動。
快速啟動機制
2. 提供顯示屏故障轉移功能:I.MX8QM晶片內含Cortex-M4F核芯,當Cortex-A 核芯或GPU顯示核芯發生問題時,系統將使用Cortex-M4F核芯啟動簡易顯示功能。讓駕駛者隨時掌握駕駛機訊(油耗,時速..)。
並將重啟Cortex-A 核芯或GPU顯示核芯,讓其能正常工作,啟動華麗3D顯示功能。
顯示屏故障轉移功能

基於NXP i.MX8QM的軟體架構支援如下:
1. 完整的基於LINUX的YCOTO作業系統的BSP,提供客戶快速開發。 隨時更新至新的版本(Linux L4.9.88~Linux 4.14.62~Linux 4.14.78...)
2. 完整的ANDROID作業系統的BSP,提供客戶快速開發。 隨時更新至新的版本(Android N7.1.2-~Android O8.1.0...)
3. 完整的ANDROID AUTO作業系統的BSP,提供客戶快速開發。隨時更新至新的版本(Android AUTO O8.1.0-~Android AUTOP9.0.0...)
4. 針對QNX作業系統,協助客戶快速開發。
5. 另外基於雙系統的架構之下,可以提供虛擬機管理程序(Hypervisor) 讓客戶允許在同一硬件上運行多個全功能的操作系統。提供隔離,管理程序。  在這裡,我們所提供的虛擬機管理程序為"XEN"

XEN虛擬機管理程序的好處如下:
它可以讓所有的作業系統同時運行在單一晶片的硬體架構上,而且作業系統間為獨立運行不相互影響。


XEN虛擬機管理程序(Xen®Hypervisor)
•Xen是一種開源的類型1或裸機虛擬機管理程序,可以在一台計算機(或主機)上並行運行多個操作系統實例或實際上不同的操作系統。
•Xen用作許多不同商業和開源應用程序的基礎,例如:服務器虛擬化,基礎架構即服務(IaaS),桌面虛擬化,安全應用程序,嵌入式和硬件設備。
•Xen使用戶能夠提高服務器利用率,整合服務器場,降低複雜性並降低總體擁有成本。



►場景應用圖

►產品實體圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►單晶片獨立雙作業系統[數位儀表(Linux)+車載娛樂系統(Android Auto)]

►實際應用: 單晶片獨立雙作業系統[數位儀表(Linux)+車載娛樂系統(Android)]

►核心技術優勢

-藉助先進的全晶片硬體虛擬化和域保護,實現高速多操作系統平台部署 -跨4x FHD螢幕或1x 4K螢幕,部署豐富、完整的獨立圖形 -藉助SafeAssure®故障恢復顯示屏控制器,確保所有顯示屏始終運行 -藉助強大的視覺管道和音頻處理子系統,整合視覺和語音識別交互 -藉助引腳和電源兼容封裝和軟體友好複製準確IP塊,快速部署多款產品 -Android™*,Linux®*,FreeRTOS,QNX™*,Green Hills®,Dornerworks* XEN™* -汽車AEC-Q100等級3 (-40°至125° C Tj),晶片通過ISO26262 ,ASIL-B -恩智浦的10年和15年產品長期供貨計劃提供全面支持

►方案規格

【處理器複合體】 -內核複合體#1: 4x Cortex-A53 -內核複合體#2: 2x Cortex-A72 -2x Cortex-M4F -1個HIFI4 DSP 【多媒體】 -16 Vec4-Shader GPU,32計算單元OpenGL* ES 3.0和Vulkan*支持硬體曲面細分【和幾何渲染】 -分割GPU架構支持2x 8著色器內核 -視覺擴展 -4k h.265解碼,1080p h.264編碼 【數據連接】 -2x PCIe 3.0 (2通道或2x 1通道) -雙千兆以太網,帶音頻視頻橋接(AVB) -1x MLB150,3x Flex-CAN -2x 12位ADC (每個8通道) -1x USB 3.0,2x USB 2.0,帶PHY -3x SD 3.0和eMMC 5.0 -4x SPI,2x ESAI,5x SAI,1x鍵盤 -5x i2C (高速),8x i2C (低速) -1x SPDIF,2x MPEG-2 T/S -1x FPGA接口(QuadSPI) 【顯示】 -2x 顯示處理器控制器,帶在線混合和WARP -SafeAssure故障恢復功能(每DPC) -2x 4通道MIPI DSI -2x 4通道MIPI CSI -2x LVDS -1x HDMI* 2.0 TX,帶HDCP* 2.2,1x eDP* 1.2,1x DP* 1.4 -1x HDMI 1.4 RX,帶HDCP 2.2 【安全性】 -高可靠引導,SHE -TRNG,AES-128,AES-256,3DES,ARC4,RSA4096,SHA-1,SHA-2,SHA-256,【MD-5】 -RSA-1024,2048,3072,4096和安全密鑰存儲 -防篡改引腳(有源和無源) -在線加密引擎(AES-128) 【存儲器】 -64位LPDDR4和DDR4支持 -1x OctoSPI或2x QuadSPI -SATA 3.0 (或1x PCIe 3.0 1通道) 【溫度】 -汽車AEC-Q100等級3 (-40°至125° C Tj),工業(-40°至105° C Tj),消費電子(-20°至105° C Tj) 【高級電源管理】 -推薦的PMIC:PF8200:面向i.MX 8和i.MX 8X系列的電源管理集成電路

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