智能座舱系统架构框图及软件架构解析

发布时间:2023-07-21  

传统座舱域是由几个分散子系统组成,这种架构无法支持多屏联动、多屏驾驶等功能,因此催生出座舱域控制器这种域集中式的计算平台。


智能座舱的构成主要包括全液晶仪表、大屏中控系统、车载信息娱乐系统、抬头显示系统、流媒体后视镜等,核心控制部件是域控制器(DCU)。


智能座舱域控制器通过以太网/MOST/CAN,实现抬头显示、仪表盘、导航等部件的融合,不仅具有传统座舱电子部件,还进一步整合智能驾驶 ADAS 系统和车联网 V2X 系统,从而进一步优化智能驾驶、车载互联、信息娱乐等功能。


智能座舱系统架构,功能说明

场景,是做产品设计的一个关键词,也是我们理解产品的一个有效方式;

大家想象下,你是驾驶员,从上车发动,到抵达目睹地停车入库,可能会操作的:

通过大屏/按键,开启空调;(或者通过语音指令开启)

手机开始导航,并投屏到中控/抬头显示;(或者直接车机导航)

打开收音机,切换到自己喜欢的电台

到达目的地后,停车入库过程,开启全景泊车,倒车入库;

有了上述信息,加上大家的驾驶经验,应该很好理解下图的智能座舱系统架构

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转自 九章智驾

一般而言,智能座舱域控制器包括如下功能

车辆和环境信息显示功能:中控、仪表、抬头显示、流媒体后视镜等显示交互

娱乐、浏览功能:本地和在线的媒体播放、电台播放等

配置、设置和控制功能:车辆/驾驶信息设置

车内监测:驾驶员/乘员头、脸、眼监测功能和健康监测

交互功能:语音交互、手势控制

连接及导航功能:蓝牙/WiFi、USB,4G/5G,北斗,GPS等

辅助驾驶:环视、后视、夜视等功能


2

系统框图及软件架构

我们顺着第一节的系统功能,就比较好进行芯片层面的理解,及域控制器的芯片框图,如下

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简单说明下:

左上角的,可以理解是域控SoC最小系统需要的,包括供电,存储(eMMC和DRAM),时钟

左下角的则是功能部分,比如WiFi&BT一般选择双模模组,通过SDIO和SoC通信;Audio DSP也可以只是Codec + PA,只要用于音频采集及播放(具体的语音交互逻辑一般云端结合本地方式处理);SDCARD则用于保存相关信息

因为域控制器需要和其他ECU通信,比如VCU,比如其他域控制器,一方面SoC中不带有CAN等通信外设,一方面本身需要一颗MCU监控SoC及系统的状态,因此这里一般会配套一套ASIL-B级别的MCU

我们结合软件系统,可以加深对系统及硬件的理解,如下,座舱域控制器的软件系统复杂程度非常高,软件开发人员数目远超硬件人员(还不涉及到算法人员);

SoC运行Hypervisor,在Hypervisor之上运行两类操作系统,其中对实时性和安全性要求比较高的安全域模块跑在QNX或者Linux系统上;对实时性要求不太高、但对生态要求比较高的娱乐域模块跑在Android系统上;  

MCU运行AUTOSAR系统,用于CAN/LIN总线的唤醒、通讯以及电源管理等;

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转自 华阳官网

3

座舱域控制器主控SoC

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转自 阿宝1990

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转自 佐思汽研

4

多款车型座舱域控制器实物拆解

特斯拉Model的域控制器,由两块电路板构成,一块是主板,另一块是固定在主板上的一块小型无线通信电路板(图中粉色框所示)。这一块通信电路板包含了LTE 模组、以太网控制芯片、天线接口等,相当于传统汽车中用于对外无线通信的T-box  

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主板采用了双面PCB 板,正面主要布局各种网络相关芯片,例如Intel 和Marvell 的以太网芯片,Telit 的LTE 模组,TI 的视频串行器等。正面的另一个重要作用是提供对外接口,如蓝牙/WiFi/LTE 的天线接口、摄像头输入输出接口、音频接口、USB 接口、以太网接口等。      

现代Genesis GV60座舱域控制器,被现代称之为Connected Car Integrated Cockpit即CCIC,无缝连接仪表、中控、HUD、电子倒车镜。CCIC应该使用了QNX的虚拟机,一套硬件拖动中控、仪表和两个电子倒车镜。仪表和中控的尺寸都是12.3英寸,与宝马旗舰iX的座舱设计颇为近似。

拆开表面一层PCB,实际下面还有一片PCB。

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图片来源:互联网

主PCB版正面,英伟达的标记非常醒目,SoC可能是英伟达的Xavier,也可能是Orin的座舱版。SoC周边4个LPDDR,一个三星的UFS,背面还有一个Spansion的NOR Flash。左边那个大的芯片可能是博通的以太网交换机。

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图片来源:互联网

主板背面,外围的设计非常类似奔驰NTG7的设计,最左边是两路视频输出,通过MAX92936的GMSL做解串行,这是颗特别的芯片,不是美信的常规产品,奔驰也有使用,一路输出到中控屏,另一路将中控屏的内容投射到仪表显示屏。再左边可能是一个4路全景摄像头输入,连接了一个GMSL解串行芯片。再左边两路连接器连在一个解串行上,推测可能是仪表视频输出,再左边是驾驶员行为监测摄像头输入,解串行是MAX96312,也是属于非标准产品。再左边可能是A2B音频总线连接器,由一颗瑞昱的A2B音频总线芯片连接,最右边可能是一颗PHY。

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图片来源:互联网

电源板正面,中间靠右的芯片可能是MCU,中间靠左靠上的可能是音频DSP芯片。  

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日产车机屏幕通常有8、9、12.3英寸三种,其中9英寸是主流,本次拆解的就是9英寸车机

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和之前拆解的车机不同,日产车机是和屏幕一体的,早期的车机大多这么设计。通过FPC软板与屏幕连接,后来改为用解串行芯片加LVDS连接。

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外观还有这个版本

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从后面看的更明白

9英寸屏幕分辨率是1280*720,电容触摸屏,支持苹果CarPlau和Android Auto,支持DAB,两个USB。本次拆解是美国版本日产车机,从标签可以看出是日本歌乐制造的。

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屏幕与车机之间隔着一块铁板

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两边是天线

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与高端车机一样,电路板也是分成三块,一块是电源音频MCU,另一块是主处理器板,还有一块是DAB收音板。

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主处理器板

主芯片是韩国Telechips的TCC8031,就是中间面积最大者。Telechips名不见经传,实际在中低端车机领域实力很强,2021年收入大约1.1亿美元,出货量超千万片。

TCC8031左下方是LG INNOTEK的一个蓝牙与WiFi模块,这是全球最小的蓝牙与WiFi模块,型号为ATC5CDL001。

TCC8031正下方是两片DDR3 DRAM,型号为EM6HE16EWAKG-10H,容量为每片4Gb,也就是0.5GB,估计制造工艺是28纳米,这是中国台湾地区的钰创供应的,钰创是罕见的内存设计公司,自己设计内存再委托华邦晶圆厂代工,年收入大约2亿美元。

TCC8031左边是一片SDARM,型号为EM636165TS,容量非常小,只有16Mb,体积却不小,估计是0.13微米也就是130纳米工艺制造的。

在TCC8031正上方的芯片,从型号推断是中国深圳企业江波龙电子供应的eMMC,江波龙也是上市公司,与钰创一样是IC设计公司,在中国台湾地区代工,容量为8GB,或许是比较老旧的MLC NAND。

TCC8031左上方是Telechips的TCC8003,这是一颗音频处理芯片。在钰创SDRAM左边还有一颗比较小的芯片,是Telechips的TCC5027,是TCC8031的电源管理芯片。

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主板背面如上图,只有一颗大的芯片,是中国台湾地区晶豪科技公司提供的Bootloader Flash,型号EM29LV320A,容量只有48Mb,体积硕大,估计也是130纳米工艺制造的,晶豪科技2021年收入大约2亿美元,2022年能到2.5亿美元。

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第二层板,中间是DAB收音模块。

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最底层的电路板,主要是收音、供电、音频放大和MCU。收音方面,也是Telechips的芯片,或许是TCC3171。解串行方面是美信的。电路板背面主要芯片是瑞萨的MCU。麦克分输入放大与音频,CODEC是AKM的AK4616,尽管日产处处节约成本,甚至包括低密度的线路板都考虑到了,但是音质方面居然破例用了一颗单独的音频DAC,音源对音质影响最大,远高于扬声器单元和放大器,可惜大部分厂家包括上百万的豪车也是用主芯片里的音频DAC,日产破例用了PCM1681做音频DAC,就在左上角,PCM1681属于BB公司,BB公司后来被德州仪器收购。


PCM1681信噪比105分贝,24-Bit, 192-kHz,价格也很低,只有1.5美元,但音频线路要重新设计,有点麻烦。针对座舱的音频设计,如果考虑德州仪器的PCM1794,价格大概14美元,但比在扬声器增加70美元来的效果要好得多,若是顶级音频发烧友,推荐ESS的ES9038PRO(价格约100美元)或者4片PCM1704并联,效果比在扬声器上增加500美元来得效果要明显。音频放大则是意法半导体的D类放大器,最大4路20瓦输出。 


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