應(yīng)用處理器連接汽車和消費(fèi)電子兩大領(lǐng)域

　　汽車信息娛樂市場(chǎng)正在經(jīng)歷非?？焖俚募夹g(shù)和用戶期望變化，這是因?yàn)槠囆袠I(yè)越來越多的受到便攜和移動(dòng)消費(fèi)電子技術(shù)的影響，其變化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過汽車信息娛樂的變化速度。正是由于有了像MP3播放器、手機(jī)和便攜式導(dǎo)航器件（PND）這樣的便攜式消費(fèi)電子器件，用戶才隨時(shí)隨地可以享受娛樂、通信和信息服務(wù) ，這意味著客戶現(xiàn)在有望在他們的車?yán)锸褂弥庇^連接和最新消費(fèi)功能。

　　汽車娛樂和信息系統(tǒng)應(yīng)以一種直觀、無縫方式連接到消費(fèi)電子器件。來自便攜式器件的音樂應(yīng)通過內(nèi)置車載音頻系統(tǒng)進(jìn)行播放。移動(dòng)電話應(yīng)通過內(nèi)置免提電話系統(tǒng)接入和使用。

　　隨著新器件及其使用在消費(fèi)電子中變得越來越普遍，車載系統(tǒng)也應(yīng)跟上這種趨勢(shì)。用戶界面應(yīng)體現(xiàn)消費(fèi)電子的可用功能，例如高清晰彩色屏幕和動(dòng)畫。還應(yīng)升級(jí)汽車系統(tǒng)，以保持與最流行的便攜式器件的連接。

　　除此之外，安全立法和數(shù)字廣播也增加了汽車信息娛樂系統(tǒng)的復(fù)雜性和變化速度。立法者越來越多地將其注意力轉(zhuǎn)移到涉及到使用手持移動(dòng)電話的道路交通事故數(shù)量上。在很多國(guó)家，開車時(shí)打電話已經(jīng)被定為非法，除非駕駛員使用語音自動(dòng)免提系統(tǒng)。另外，現(xiàn)代車載系統(tǒng)（不僅僅是信息娛樂系統(tǒng)）的數(shù)量和復(fù)雜性使設(shè)計(jì)出不會(huì)不適當(dāng)干擾駕駛員的用戶界面更加復(fù)雜，而這一難題的答案似乎就是語音識(shí)別。

　　在數(shù)字廣播中，新的音頻廣播格式（如衛(wèi)星和陸地?cái)?shù)字無線電（如HD、DAB、Sirius/XM和DRM））和數(shù)字移動(dòng)電視（如DMB、DVB-H和ISDB-T），甚至還包括純音頻信道，都在改變車內(nèi)無線接收的外觀。這些格式中的大多數(shù)也能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　要部署這些功能，維持汽車業(yè)的高可靠性和易用性預(yù)期，汽車制造商開始求助經(jīng)過驗(yàn)證的消費(fèi)電子平臺(tái)，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)適應(yīng)了汽車用途。飛思卡爾的基于 ARM的i.MX應(yīng)用處理器系列已經(jīng)成為便攜式電子的生力軍，正幫助汽車信息娛樂系統(tǒng)設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)上述快速變化。

汽車信息娛樂市場(chǎng)

　　據(jù)分析師預(yù)測(cè)，汽車連接市場(chǎng)將快速增長(zhǎng)。據(jù)TRG（Telematics Research Group）2007年8月的調(diào)查 ，與Bluetooth手機(jī)和便攜式音樂播放器的連接正成為一種必備技術(shù)。根據(jù)即將出爐的2008年北美100款年度車型調(diào)查：

　　* 70%的車型提供藍(lán)牙免提界面

　　* 80%的車型提供導(dǎo)航

　　* 50%的車型提供便攜式媒體播放器連接

　　* 90%的車型提供輔助音頻輸入或Flash卡接口

　　* 20%的車型提供USB

　　* 30%的車型提供后視相機(jī)

　　此外，Telematics Research Group還發(fā)現(xiàn)，80%的已經(jīng)公布的MY08車型將導(dǎo)航作為標(biāo)準(zhǔn)或可選設(shè)備提供。最近出現(xiàn)的便攜式導(dǎo)航設(shè)備銷售高峰也在一定程度上助長(zhǎng)了車載導(dǎo)航需求，并幫助用戶樹立導(dǎo)航及其益處的意識(shí)。根據(jù)Strategy Analytics的預(yù)計(jì)，到2013年，汽車藍(lán)牙免提系統(tǒng)市場(chǎng)的銷量每年將達(dá)到1.16億套。

　　Strategy Analytics還預(yù)測(cè)，到2013年，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)市場(chǎng)的銷量每年將達(dá)到近2000萬套。數(shù)量低于藍(lán)牙設(shè)備，這主要是因?yàn)閷?dǎo)航系統(tǒng)的可用性高于藍(lán)牙（ 80%對(duì) 70 %），但“使用率”低于藍(lán)牙。之所以預(yù)測(cè)導(dǎo)航系統(tǒng)“使用率”（那些將導(dǎo)航系統(tǒng)作為一個(gè)選件的汽車購(gòu)買者的比例）較低，是因?yàn)樗某杀鞠鄬?duì)較高。然而，如果車載導(dǎo)航系統(tǒng)的成本可以降低，導(dǎo)航系統(tǒng)使用率可能大幅提高。而這正是飛思卡爾 i.MX汽車解決方案所解決的一個(gè)問題。

跟上消費(fèi)者的步伐

　　便攜式消費(fèi)電子器件通常只有9-18個(gè)月的生產(chǎn)周期，而正常情況下汽車的生產(chǎn)周期至少是5年。此外，便攜式器件的開發(fā)周期也比汽車短得多（1-2年對(duì)3-5年），因?yàn)槠嚲哂懈鼑?yán)苛的環(huán)境、安全和質(zhì)量要求。這種對(duì)立不大可能改變，因?yàn)閷?duì)內(nèi)置信息娛樂系統(tǒng)來說，消費(fèi)者會(huì)將任何質(zhì)量缺陷與他們對(duì)汽車的總體滿意度聯(lián)系起來，因此汽車制造商不能對(duì)他們的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下降坐視不管。同樣，便攜式電子市場(chǎng)似乎仍受功能、款式和競(jìng)爭(zhēng)的推動(dòng)，從而使產(chǎn)品生命周期更短。

　　因此，汽車信息娛樂系統(tǒng)供應(yīng)商面臨著如何跟上便攜式電子快速變化的挑戰(zhàn)，同時(shí)繼續(xù)重視他們自己的嚴(yán)格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和型號(hào)壽命周期。對(duì)復(fù)雜的以軟件為中心的系統(tǒng)的空前需求促使汽車制造商采用經(jīng)過驗(yàn)證的消費(fèi)電子平臺(tái)，這也有助于確保中間件和DRM軟件能夠兼容現(xiàn)有消費(fèi)電子器件。

差分

　　一級(jí)汽車制造商在市場(chǎng)上的定位不同，然而有一點(diǎn)是相同的，那就是需要將他們的產(chǎn)品與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品中差分開來。要做到這一點(diǎn)，一級(jí)汽車電子供應(yīng)商需要在強(qiáng)大而靈活的底層系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)上，盡可能進(jìn)行差分技術(shù)投資。

　　對(duì)于汽車制造商來說，他們需要以富有吸引力的價(jià)位提供最新信息娛樂系統(tǒng)，跟上便攜式消費(fèi)電子領(lǐng)域的最新發(fā)展。

　　為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，飛思卡爾開始將其大獲成功的 i.MX系列多媒體應(yīng)用處理器推向汽車信息娛樂市場(chǎng)。精選器件通過“汽車加固”流程，確保它們達(dá)到汽車應(yīng)用的嚴(yán)格質(zhì)量要求，包括AEC-Q100質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。同樣重要的是，要再利用和調(diào)節(jié)消費(fèi)電子領(lǐng)域的軟件解決方案，確保汽車信息娛樂系統(tǒng)緊跟消費(fèi)電子系統(tǒng)的功能。

軟件

　　為了降低開發(fā)時(shí)間和開發(fā)費(fèi)用，飛思卡爾為i.MX應(yīng)用處理器上的領(lǐng)先操作系統(tǒng)提供全面的主板支持包（BSP）和應(yīng)用軟件包，包括Microsoft Windows CE (WinCE) 和Linux。應(yīng)用軟件包括音頻、視頻和圖像編解碼器，它們與行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)媒體播放器、圖形驅(qū)動(dòng)程序及工具進(jìn)行了預(yù)集成。QNX的流行Neutrino實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）是由我們的第三方生態(tài)系統(tǒng)提供的眾多操作系統(tǒng)解決方案中的一個(gè)。

　　此外，飛思卡爾及其合作伙伴還提供了精選應(yīng)用的集成軟件解決方案，允許客戶將成熟軟件堆棧和標(biāo)準(zhǔn)化解決方案用于常見功能。例如，飛思卡爾最近就為基于新i.MX515應(yīng)用處理器和流行Ubuntu linux平臺(tái)的新興“上網(wǎng)本”市場(chǎng)發(fā)布了一個(gè)參考設(shè)計(jì)。這種與消費(fèi)市場(chǎng)的協(xié)作有兩大好處，一是加快面市，二是能夠讓汽車客戶將開發(fā)資源集中到他們自己的差分技術(shù)。

開放式操作系統(tǒng)支持

　　很多汽車客戶都被“開放式”操作系統(tǒng)所折服，因?yàn)樗軌驑?biāo)準(zhǔn)化和重復(fù)使用第三方應(yīng)用軟件。在汽車應(yīng)用中，客戶首選的開放式OS解決方案是  Microsoft WinCE、QNX Neutrino和Linux，它們均由 i.MX處理器提供支持。飛思卡爾通常為來自其網(wǎng)站的下載提供 Linux和WinCE主板支持包，而用于i.MX31處理器的Neutrino來自 QNX。飛思卡爾及其第三方生態(tài)系統(tǒng)還提供很多中間件，例如多媒體編解碼器。

多媒體軟件套件

　　針對(duì)中低音音頻和連接應(yīng)用，飛思卡爾提供其自己的運(yùn)行在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上的多媒體軟件套件。這種套件取名TRIO，包括連接堆棧、音頻和視頻播放控制、編解碼器、DRM、緩沖、文件系統(tǒng)和電源管理，用于包括USB、CD、 HDD、SD卡在內(nèi)的各種連接選項(xiàng)。藍(lán)牙和Wi-Fi 連接由第三方合作伙伴支持。TRIO的內(nèi)存占用空間非常小，深受那些正在尋找最低系統(tǒng)成本的客戶的青睞。

硬件

　　i.MX系列信息娛樂處理器源自飛思卡爾非常成功的基于ARM的移動(dòng)應(yīng)用處理器系列，架構(gòu)也類似我們的手機(jī)基帶器件，因此能夠與它們共享先進(jìn)的技術(shù)和多媒體軟件。此外，我們還提供各種第三方中間件和應(yīng)用軟件。飛思卡爾的i.MX硬件設(shè)計(jì)依據(jù)以下主要原則：

　　* 單一高性能CPU。這能簡(jiǎn)化軟件開發(fā)，讓客戶將精力集中在差分軟件上。開發(fā)工程師無需處理與多個(gè)嵌入式內(nèi)核有關(guān)的復(fù)雜開發(fā)工具和實(shí)時(shí)依存關(guān)系。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ARM CPU用于支持各種成本和業(yè)績(jī)點(diǎn)。

　　* 經(jīng)濟(jì)高效的加速器。針對(duì)大多數(shù)計(jì)算密集任務(wù)（例如圖像處理、圖形和視頻編解碼器）實(shí)施硬件加速。硬件加速器將高性能、低功耗、小硅面集于一身，以進(jìn)行圖片、視頻和圖形處理。

　　* Smart Speed技術(shù)。只有在需要時(shí)消耗功率。為了實(shí)現(xiàn)外部?jī)?nèi)存帶寬的最有效使用、以及高度的并行和先進(jìn)的電源管理技巧，我們對(duì)架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。Smart Speed MAX交叉交換允許同時(shí)進(jìn)行多個(gè)總線事務(wù)，而不會(huì)出現(xiàn)沖突或等待狀態(tài)。

　　正是依據(jù)這些原則，i.MX處理器為信息娛樂系統(tǒng)提供了眾多高性能功能。

安全

　　信息娛樂系統(tǒng)必須能夠執(zhí)行安全的加密方法，以便處理受數(shù)字權(quán)利管理（DRM）保護(hù)的媒體，確保專有位圖數(shù)據(jù)不能復(fù)制，實(shí)現(xiàn)安全的軟件升級(jí)。i.MX處理器具有安全RAM、安全控制器、high assurance boot（HAB）和安全JTAG技術(shù)，確保安全地執(zhí)行加密軟件，防止非授權(quán)接入。這種安全技術(shù)還可用來驗(yàn)證正執(zhí)行軟件的起源，在實(shí)現(xiàn)軟件現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)的同時(shí)，還能夠防止加載未經(jīng)授權(quán)的代碼。

圖形

　　圖形處理是計(jì)算最密集型任務(wù)之一，可以受益于i.MX處理器的硬件加速。飛思卡爾的i.MX處理器包括一個(gè)圖像處理單元（IPU），IPC能夠執(zhí)行alpha混合、圖像旋轉(zhuǎn)和硬件縮放。IPU還進(jìn)行LCD控制和刷新。此外，i.MX356器件還包括一個(gè)本地 OpenVG1.1 矢量圖形加速器，能夠?qū)崿F(xiàn)133Mpixel/s的速度，同時(shí)為2.5-D地圖繪制和用戶界面提供強(qiáng)大加速功能。使用硬件種內(nèi)置的16X多重采樣抗鋸齒（MSAA），圖形加速器可以直接繪制直線、曲線、truetype字體和textures。它也可以直接加速Adobe Flash及眾多web瀏覽器和用戶界面工具。此外，還提供了符合OpenVG1.1和DirectDraw應(yīng)用編程界面要求的圖形驅(qū)動(dòng)程序。i.MX系列中的其他處理器則提供兼容OpenGL API的強(qiáng)大3D圖形加速功能。

音頻和語音

　　憑借其DSP指令擴(kuò)展、高時(shí)鐘頻率和浮點(diǎn)單元，i.MX35的ARM11 CPU是一個(gè)出色的音頻信號(hào)處理引擎。典型音頻解碼器（如MP3）需要的CPU帶寬不到20 MHz，而經(jīng)過優(yōu)化的MP3編碼器則運(yùn)行在不到50 MHz的帶寬內(nèi)。對(duì)于語音處理，回聲消除需要約50 MHz，而語音識(shí)別也可以從 i.MX35的有效緩存和內(nèi)存架構(gòu)中獲益。當(dāng)使用浮點(diǎn)單元進(jìn)行了優(yōu)化后，語音識(shí)別的語音命令識(shí)別速度最快可達(dá)競(jìng)爭(zhēng)解決方案的5倍。i.MX35還有一個(gè)異步音頻采樣速率轉(zhuǎn)換器（ASRC），它可以轉(zhuǎn)換硬件中最多10個(gè)聲道的音頻。這在汽車系統(tǒng)中非常有用，因?yàn)樵谄囅到y(tǒng)中，很多不同音頻源可能需要混合，并發(fā)送至一個(gè)共同的輸出聲道。

視頻

　　正如在下面的H.264案例分析中看到的那樣，視頻解碼所要求的72%的計(jì)算采用i.MX IPU加速，相當(dāng)于ARM11性能超過1.2 GHz。 i.MX31處理器上，特定格式的視頻解碼實(shí)際上在軟件中執(zhí)行。ARMv6指令擴(kuò)展和優(yōu)化內(nèi)存架構(gòu)意味著ARM11能夠在軟件中執(zhí)行高達(dá)D1 30 fps的視頻解碼。i.MX系列的其他成員提供視頻編碼和解碼的全硬件加速，從而釋放出更多CPU資源用來運(yùn)行其他任務(wù)。

　　該圖顯示了為解碼和顯示采用H.264標(biāo)準(zhǔn)壓縮的視頻流而必須執(zhí)行的不同任務(wù)。除了解碼 H.264數(shù)據(jù)流，還必須對(duì)由此得到的視頻進(jìn)行大小調(diào)整、旋轉(zhuǎn)，從YUV格式轉(zhuǎn)換到RGB格式，并用 HMI圖形重疊。左側(cè)的餅形圖顯示了如果這類任務(wù)均在軟件中執(zhí)行時(shí)CPU負(fù)載的百分比。我們可以看到，H.264解碼和H.264內(nèi)回路解鎖功能只占用38%的
CPU負(fù)載。

　　該餅形圖顯示了i.MX31的 IPU如何能夠在硬件中執(zhí)行全部非解碼功能，僅留28%的任務(wù)在硬件中完成。

圖1　H.264視頻解碼分析

質(zhì)量

　　飛思卡爾 i.MX處理器的開發(fā)使用前沿技術(shù)，從一開始就采用高質(zhì)量設(shè)計(jì)方法，力求交付符合要求的器件。i.MX31和i.MX31L器件最近剛剛通過了AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)由汽車電子設(shè)備委員會(huì)制定，其中包括一系列集成電路必須滿足的壓力測(cè)試，確保OEM在苛刻的汽車環(huán)境提供一致的質(zhì)量和可靠性。

　　在i.MX應(yīng)用處理器開始在汽車應(yīng)用中批量生產(chǎn)前，數(shù)以百萬的i.MX應(yīng)用處理器已經(jīng)隨消費(fèi)器件銷售出去了，這意味著軟件和硬件已經(jīng)達(dá)到成熟質(zhì)量水平。作為汽車市場(chǎng)排名第一的半導(dǎo)體供應(yīng)商，飛思卡爾深知汽車行業(yè)要求，客戶知道他們可以依賴i.MX31處理器，為他們提供一致、可靠的高質(zhì)量。利用其專業(yè)的售后設(shè)計(jì)整合支持，飛思卡爾為這一質(zhì)量提供保證。

電源管理

　　飛思卡爾 i.MX處理器的設(shè)計(jì)初衷就是低功耗。由于采用了來自便攜式領(lǐng)域的最新技術(shù)，因此i.MX處理器消耗的功率還不到競(jìng)爭(zhēng)性信息娛樂處理器功耗的三分之一。這樣有助于減少儀表板中的熱量累積，不再需要成本高且占用空間的熱散器。低功耗還能夠讓客戶在嵌入式導(dǎo)航和便攜式售后市場(chǎng)導(dǎo)航器件中使用相同的 i.MX平臺(tái)用于，從而節(jié)約開發(fā)成本。

結(jié)語

　　由于消費(fèi)電子業(yè)的繁榮，汽車信息娛樂市場(chǎng)的技術(shù)和用戶期望正經(jīng)歷前所未有的變化速度。飛思卡爾i.MX應(yīng)用處理器集消費(fèi)電子系統(tǒng)的尖端技術(shù)和汽車知識(shí)、質(zhì)量和行業(yè)聯(lián)盟于一身，無疑是適用于這兩個(gè)領(lǐng)域的解決方案。