应用处理器连接汽车和消费电子两大领域

2009年02月26日 19:02    虞美人
关键词: 汽车 , 消费电子 , 应用处理器
汽车信息娱乐市场正在经历非常快速的技术和用户期望变化,这是因为汽车行业越来越多的受到便携和移动消费电子技术的影响,其变化速度远远超过汽车信息娱乐的变化速度。正是由于有了像MP3播放器、手机和便携式导航器件(PND)这样的便携式消费电子器件,用户才随时随地可以享受娱乐、通信和信息服务 ,这意味着客户现在有望在他们的车里使用直观连接和最新消费功能。
  汽车娱乐和信息系统应以一种直观、无缝方式连接到消费电子器件。来自便携式器件的音乐应通过内置车载音频系统进行播放。移动电话应通过内置免提电话系统接入和使用。
  随着新器件及其使用在消费电子中变得越来越普遍,车载系统也应跟上这种趋势。用户界面应体现消费电子的可用功能,例如高清晰彩色屏幕和动画。还应升级汽车系统,以保持与最流行的便携式器件的连接。
  除此之外,安全立法和数字广播也增加了汽车信息娱乐系统的复杂性和变化速度。立法者越来越多地将其注意力转移到涉及到使用手持移动电话的道路交通事故数量上。在很多国家,开车时打电话已经被定为非法,除非驾驶员使用语音自动免提系统。另外,现代车载系统(不仅仅是信息娱乐系统)的数量和复杂性使设计出不会不适当干扰驾驶员的用户界面更加复杂,而这一难题的答案似乎就是语音识别。
  在数字广播中,新的音频广播格式(如卫星和陆地数字无线电(如HD、DAB、Sirius/XM和DRM))和数字移动电视(如DMB、DVB-H和ISDB-T),甚至还包括纯音频信道,都在改变车内无线接收的外观。这些格式中的大多数也能够进行数据传输。
  要部署这些功能,维持汽车业的高可靠性和易用性预期,汽车制造商开始求助经过验证的消费电子平台,因为它们已经适应了汽车用途。飞思卡尔的基于 ARM的i.MX应用处理器系列已经成为便携式电子的生力军,正帮助汽车信息娱乐系统设计师应对上述快速变化。
汽车信息娱乐市场
  据分析师预测,汽车连接市场将快速增长。据TRG(Telematics Research Group)2007年8月的调查 ,与Bluetooth手机和便携式音乐播放器的连接正成为一种必备技术。根据即将出炉的2008年北美100款年度车型调查:
  * 70%的车型提供蓝牙免提界面
  * 80%的车型提供导航
  * 50%的车型提供便携式媒体播放器连接
  * 90%的车型提供辅助音频输入或Flash卡接口
  * 20%的车型提供USB
  * 30%的车型提供后视相机
  此外,Telematics ResearchGroup还发现,80%的已经公布的MY08车型将导航作为标准或可选设备提供。最近出现的便携式导航设备销售高峰也在一定程度上助长了车载导航需求,并帮助用户树立导航及其益处的意识。根据StrategyAnalytics的预计,到2013年,汽车蓝牙免提系统市场的销量每年将达到1.16亿套。
  StrategyAnalytics还预测,到2013年,汽车导航系统市场的销量每年将达到近2000万套。数量低于蓝牙设备,这主要是因为导航系统的可用性高于蓝牙(80%对 70%),但“使用率”低于蓝牙。之所以预测导航系统“使用率”(那些将导航系统作为一个选件的汽车购买者的比例)较低,是因为它的成本相对较高。然而,如果车载导航系统的成本可以降低,导航系统使用率可能大幅提高。而这正是飞思卡尔 i.MX汽车解决方案所解决的一个问题。
跟上消费者的步伐
  便携式消费电子器件通常只有9-18个月的生产周期,而正常情况下汽车的生产周期至少是5年。此外,便携式器件的开发周期也比汽车短得多(1-2年对3-5年),因为汽车具有更严苛的环境、安全和质量要求。这种对立不大可能改变,因为对内置信息娱乐系统来说,消费者会将任何质量缺陷与他们对汽车的总体满意度联系起来,因此汽车制造商不能对他们的质量标准下降坐视不管。同样,便携式电子市场似乎仍受功能、款式和竞争的推动,从而使产品生命周期更短。
  因此,汽车信息娱乐系统供应商面临着如何跟上便携式电子快速变化的挑战,同时继续重视他们自己的严格质量标准和型号寿命周期。对复杂的以软件为中心的系统的空前需求促使汽车制造商采用经过验证的消费电子平台,这也有助于确保中间件和DRM软件能够兼容现有消费电子器件。
差分
  一级汽车制造商在市场上的定位不同,然而有一点是相同的,那就是需要将他们的产品与竞争对手的产品中差分开来。要做到这一点,一级汽车电子供应商需要在强大而灵活的底层系统架构基础上,尽可能进行差分技术投资。
  对于汽车制造商来说,他们需要以富有吸引力的价位提供最新信息娱乐系统,跟上便携式消费电子领域的最新发展。
  为了应对上述挑战,飞思卡尔开始将其大获成功的 i.MX系列多媒体应用处理器推向汽车信息娱乐市场。精选器件通过“汽车加固”流程,确保它们达到汽车应用的严格质量要求,包括AEC-Q100质量标准。同样重要的是,要再利用和调节消费电子领域的软件解决方案,确保汽车信息娱乐系统紧跟消费电子系统的功能。
软件
  为了降低开发时间和开发费用,飞思卡尔为i.MX应用处理器上的领先操作系统提供全面的主板支持包(BSP)和应用软件包,包括Microsoft Windows CE (WinCE)和Linux。应用软件包括音频、视频和图像编解码器,它们与行业的标准媒体播放器、图形驱动程序及工具进行了预集成。QNX的流行Neutrino实时操作系统(RTOS)是由我们的第三方生态系统提供的众多操作系统解决方案中的一个。
  此外,飞思卡尔及其合作伙伴还提供了精选应用的集成软件解决方案,允许客户将成熟软件堆栈和标准化解决方案用于常见功能。例如,飞思卡尔最近就为基于新i.MX515应用处理器和流行Ubuntu linux平台的新兴“上网本”市场发布了一个参考设计。这种与消费市场的协作有两大好处,一是加快面市,二是能够让汽车客户将开发资源集中到他们自己的差分技术。
开放式操作系统支持
  很多汽车客户都被“开放式”操作系统所折服,因为它能够标准化和重复使用第三方应用软件。在汽车应用中,客户首选的开放式OS解决方案是 Microsoft WinCE、QNX Neutrino和Linux,它们均由 i.MX处理器提供支持。飞思卡尔通常为来自其网站的下载提供Linux和WinCE主板支持包,而用于i.MX31处理器的Neutrino来自QNX。飞思卡尔及其第三方生态系统还提供很多中间件,例如多媒体编解码器。
多媒体软件套件
  针对中低音音频和连接应用,飞思卡尔提供其自己的运行在实时操作系统上的多媒体软件套件。这种套件取名TRIO,包括连接堆栈、音频和视频播放控制、编解码器、DRM、缓冲、文件系统和电源管理,用于包括USB、CD、 HDD、SD卡在内的各种连接选项。蓝牙和Wi-Fi连接由第三方合作伙伴支持。TRIO的内存占用空间非常小,深受那些正在寻找最低系统成本的客户的青睐。
硬件
  i.MX系列信息娱乐处理器源自飞思卡尔非常成功的基于ARM的移动应用处理器系列,架构也类似我们的手机基带器件,因此能够与它们共享先进的技术和多媒体软件。此外,我们还提供各种第三方中间件和应用软件。飞思卡尔的i.MX硬件设计依据以下主要原则:
  * 单一高性能CPU。这能简化软件开发,让客户将精力集中在差分软件上。开发工程师无需处理与多个嵌入式内核有关的复杂开发工具和实时依存关系。行业标准ARM CPU用于支持各种成本和业绩点。
  * 经济高效的加速器。针对大多数计算密集任务(例如图像处理、图形和视频编解码器)实施硬件加速。硬件加速器将高性能、低功耗、小硅面集于一身,以进行图片、视频和图形处理。
  * Smart Speed技术。只有在需要时消耗功率。为了实现外部内存带宽的最有效使用、以及高度的并行和先进的电源管理技巧,我们对架构进行了优化。Smart Speed MAX交叉交换允许同时进行多个总线事务,而不会出现冲突或等待状态。
  正是依据这些原则,i.MX处理器为信息娱乐系统提供了众多高性能功能。
安全
  信息娱乐系统必须能够执行安全的加密方法,以便处理受数字权利管理(DRM)保护的媒体,确保专有位图数据不能复制,实现安全的软件升级。i.MX处理器具有安全RAM、安全控制器、high assuranceboot(HAB)和安全JTAG技术,确保安全地执行加密软件,防止非授权接入。这种安全技术还可用来验证正执行软件的起源,在实现软件现场升级的同时,还能够防止加载未经授权的代码。
图形
  图形处理是计算最密集型任务之一,可以受益于i.MX处理器的硬件加速。飞思卡尔的i.MX处理器包括一个图像处理单元(IPU),IPC能够执行alpha混合、图像旋转和硬件缩放。IPU还进行LCD控制和刷新。此外,i.MX356器件还包括一个本地 OpenVG1.1矢量图形加速器,能够实现133Mpixel/s的速度,同时为2.5-D地图绘制和用户界面提供强大加速功能。使用硬件种内置的16X多重采样抗锯齿(MSAA),图形加速器可以直接绘制直线、曲线、truetype字体和textures。它也可以直接加速AdobeFlash及众多web浏览器和用户界面工具。此外,还提供了符合OpenVG1.1和DirectDraw应用编程界面要求的图形驱动程序。i.MX系列中的其他处理器则提供兼容OpenGL API的强大3D图形加速功能。
音频和语音
  凭借其DSP指令扩展、高时钟频率和浮点单元,i.MX35的ARM11CPU是一个出色的音频信号处理引擎。典型音频解码器(如MP3)需要的CPU带宽不到20 MHz,而经过优化的MP3编码器则运行在不到50MHz的带宽内。对于语音处理,回声消除需要约50 MHz,而语音识别也可以从i.MX35的有效缓存和内存架构中获益。当使用浮点单元进行了优化后,语音识别的语音命令识别速度最快可达竞争解决方案的5倍。i.MX35还有一个异步音频采样速率转换器(ASRC),它可以转换硬件中最多10个声道的音频。这在汽车系统中非常有用,因为在汽车系统中,很多不同音频源可能需要混合,并发送至一个共同的输出声道。
视频
  正如在下面的H.264案例分析中看到的那样,视频解码所要求的72%的计算采用i.MX IPU加速,相当于ARM11性能超过1.2GHz。 i.MX31处理器上,特定格式的视频解码实际上在软件中执行。ARMv6指令扩展和优化内存架构意味着ARM11能够在软件中执行高达D130 fps的视频解码。i.MX系列的其他成员提供视频编码和解码的全硬件加速,从而释放出更多CPU资源用来运行其他任务。
  该图显示了为解码和显示采用H.264标准压缩的视频流而必须执行的不同任务。除了解码H.264数据流,还必须对由此得到的视频进行大小调整、旋转,从YUV格式转换到RGB格式,并用HMI图形重叠。左侧的饼形图显示了如果这类任务均在软件中执行时CPU负载的百分比。我们可以看到,H.264解码和H.264内回路解锁功能只占用38%的
CPU负载。
  该饼形图显示了i.MX31的 IPU如何能够在硬件中执行全部非解码功能,仅留28%的任务在硬件中完成。

图1 H.264视频解码分析
质量
  飞思卡尔 i.MX处理器的开发使用前沿技术,从一开始就采用高质量设计方法,力求交付符合要求的器件。i.MX31和i.MX31L器件最近刚刚通过了AEC-Q100标准认证。AEC-Q100标准由汽车电子设备委员会制定,其中包括一系列集成电路必须满足的压力测试,确保OEM在苛刻的汽车环境提供一致的质量和可靠性。
  在i.MX应用处理器开始在汽车应用中批量生产前,数以百万的i.MX应用处理器已经随消费器件销售出去了,这意味着软件和硬件已经达到成熟质量水平。作为汽车市场排名第一的半导体供应商,飞思卡尔深知汽车行业要求,客户知道他们可以依赖i.MX31处理器,为他们提供一致、可靠的高质量。利用其专业的售后设计整合支持,飞思卡尔为这一质量提供保证。
电源管理
  飞思卡尔i.MX处理器的设计初衷就是低功耗。由于采用了来自便携式领域的最新技术,因此i.MX处理器消耗的功率还不到竞争性信息娱乐处理器功耗的三分之一。这样有助于减少仪表板中的热量累积,不再需要成本高且占用空间的热散器。低功耗还能够让客户在嵌入式导航和便携式售后市场导航器件中使用相同的i.MX平台用于,从而节约开发成本。
结语
  由于消费电子业的繁荣,汽车信息娱乐市场的技术和用户期望正经历前所未有的变化速度。飞思卡尔i.MX应用处理器集消费电子系统的尖端技术和汽车知识、质量和行业联盟于一身,无疑是适用于这两个领域的解决方案。
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