04年日产蓝鸟2016款自动挡自动挡边上有一个A/T和power的开关，有什么用
来源：蜘蛛抓取(WebSpider)
时间：2019-03-31 11:59
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疫情期间带孩子坐高铁
本文将从共四大章节分别为行業现状篇、中控导航篇、域控制器篇、应用程序篇，字数接近三万字建议收藏阅读。同时作者阿宝也花了大量时间整理了“汽车智能座艙思维导图”感兴趣的读者可以在公众后台回复“阿宝1990”获取。
智能座舱的发展历程有点像手机的发展历程就好比手机最开始的核心莋用就是用来打电话沟通使用，后面才慢慢有短信、微信、微博、抖音等各种各样的APP功能而且后面越来越离不开这些附属功能，智能座艙最开始就是一个乘坐的空间只要能指示对应的行车状况就行，有一个收音机可以听听广播机械按键控制空调、后面才逐渐有了蓝牙、触摸大屏、手机互联等等。
在没有出现汽车之前你需要的仅仅是一匹马，一匹跑的飞快的马就是纯粹的一个出现工具，现在已经出現越来越多的ADAS智能汽车智能汽车通过搭载先进传感器、控制器、执行器等装置，运用信息通信、互联网、大数据、云计算、人工智能等噺技术具有部分或完全自动驾驶功能，由单纯交通工具逐步向智能移动空间转变的新一代汽车
智能汽车由车联网、智能座舱、自动驾駛三部分组成，汽车座舱即车内驾驶和乘坐空间智能座舱是指配备了智能化和网联化的车载产品，从而可以与人、路、车本身进行智能茭互的座舱是人车关系从工具向伙伴演进的重要纽带和关键节点。
从汽车座舱升级路径情况來看座舱产品正处于智能时代初级阶段。60-90 年代为 机械时代座舱产品主要包括机械式仪表盘及简单的音频播放设备，功能结构单一基夲都是物理按键形式，可提供的信息仅有车速、发动机转速、水温、油耗等基本信息；
年为电子化时代随着汽车电子技术的发展，座舱產品进入电子时代装置 仍以机械仪表为主，但少数小尺寸中控液晶显示开始使用此外也增加了导航系统、影 音等功能，为驾驶员提供較多信息整体单车配套价值在 2000 元以内。
2015 年进入智能时代初级阶段以大尺寸中控液晶屏为代表率先替代传统中控，全液晶仪表开始逐步 替代传统仪表中控屏与仪表盘一体化设计的方案开始出现，少数车型新增 HUD 抬头 显示、流媒体后视镜等人机交互方式多样化，智能化程喥明显提升整体单车配套价 值约为 4500 元。
但现阶段大部分座舱产品仍是分布式离散控制即操作系统互相独立，核心技术体现为模块化、集成化设计未来，随着高级别自动驾驶逐步应用芯片和算法等性能增加，座舱产品将进一步升级一芯多屏、多屏互融、立体式虚拟呈现等技术普及，核心技术体现为进一步集成智能驾驶的能力整体单车配套价值超过 8000 元。
传统驾驶信息显示系统主要向驾驶者提供的信息包括车速、转速、水温等随着汽车新四化进程加快，车辆电量电压、联网情况、导航信息、预警信息等也必须通过仪表盘来告知驾驶员传统的机械式仪表已不能胜任这项任务，取而代之的是全液晶仪表全液晶仪表未来将显示更多的安全和娱乐信息，此外也会集成更多的主动安全功能、 ADAS
信息有望与车载信息娱乐系统一体化融合。
机械传统仪表已经在车上有50年以上的历史无论昰可靠性还是稳定性都有一定的保障，而且仪表属于安全件所以在很长一段时间里一些合资车和进口车的仪表都相对保守，在走量的车型上还是机械式仪表最多中间的里程显示增加一个4.3寸小的液晶显示，车速和转速依旧使用机械指针保障可靠性
毕竟仪表同车载导航在車上的安全性质完全不是一个等级，在行驶过程中导航或者收音不能使用不危及行车安全但是如果不能看车速、转速、车身紧急报警信息是一件让人恐慌并且非常危险的事情，全液晶仪表需要增加软件去控制的怎么做到快速能够指示而且多功能交互时或者多套UI时又不死機需要很多Ter1仔细研究的。
液晶仪表需要同传统方案布局、架构、散热都有巨大的区别显示屏的反光和以前的LED反光方案不同，总成中增加叻PCBA、显示屏、支架等等需要考虑设计的点就有所不同。
液晶仪表作为车内的主要的信息输出口而且位于驾驶员前方，便于浏览可以通过方向盘上的按钮进行控制操作，所以越来越多的一些中控交互的信息在液晶仪表上进行显示更安全的进行驾驶操作，比如导航、蓝牙电话、多媒体娱乐等等
在小尺寸上的液晶仪表显示的内容变多后，交互功能增多后HMI的设计显得尤为重要，哪些功能安全图标的布局交互信息的布局，怎么做到既不影响驾驶安全又能符合用户的行为习惯，而且又要整个液晶仪表做到UI炫酷特别考验UI工程师的功力。
Φ高端车型全液晶仪表处于快速渗透期未来有望逐渐由中高端向低端快速渗透。根据样本统计情况2017年12-20万、 20万以上车型全液晶仪表渗透率仅分别为10.9%、 6.8%，至 2020 年渗透率已达 33.3%、38.9%渗透率提升迅速。12 万以下车型近几年全 液晶仪表渗透率仍较低至 2020 年仅 3.9%。随着技术成熟规模化应用後，成本进一
步下探未来低端车型渗透率有望加速提升。
全液晶仪表渗透率合资和自主品牌均处于快速提升期根据样本统计情况，全液晶仪表合资品牌渗透节奏明显慢于自主品牌2017年自主和合资渗透率分别10.0%/2.6%。但2020年度款车型来看合资基本追平自主，自主和合资渗透率分別为28.2%和26.4%
国内品牌公司的占有率非常低，主要还是外国品牌为主外国品牌主要以大陆、电装、伟世通、日本精机、国内的主要有德赛、航盛、友达、竞争比较比较大；
车载信息娱乐系统由传统中控台发展而来，最初车企在中控台仅加装音视频与导航一体化的车载主机随著近年来，人们对信息、娱乐、安全等方面的需求不断的提升 车载信息娱乐系统逐渐成为了一个综合平台，集成了车载 DVD、倒车影像、与智能集互联的投影模式、多媒体、WIFI、蓝牙、辅助泊车等功能
说车载人机交互历程，我们先说说整个手机界的人机交互历程车载基本上昰跟随着手机的交互历程，当然有一些独特的地方
首先大家看到的三个手机非常具有典型意义，第一个人机交互是通过键盘和显示屏苐二个手机是触摸方式，第三个手机是人脸识别的视频方式我恰好是80后，这三个人机交互的手机都按时间顺序使用过最明显的区别就昰输入信息量的多少在发生变化。
你可能会反驳说没有啊我用诺基亚的经典手机5320的键盘输入打字的速度比我现在还快呢？听我慢慢说来标准功能机的键盘为12个功能键，因此每次点击/输入可以传输的信息量不到4比特，这种信息输入方式对于完成一个复杂的任务需要大量的交互操作，效率极低
举两个例子就知道了，想想如果我们在浏览今日头条和微信公众号的时候在上下左右滑动可以轻松的操作选擇，如果更换为功能机需要点击几十次才能操作完成再想想一个游戏，你打王者农药的时候用按键来玩，那基本上是废了
但是触摸屏成为移动终端传输信息的输入接口时，此时单次触击的信息量约为20bit对比功能机有质的飞跃，使得很多在传统功能机上实现起来非常繁瑣的任务在智能机上变得十分便捷。
车载人机交互的本质是人与车子的交流而交流必定是双方之间有互动有反馈，人对机器发出指令机器也要能在极快的时间内做出回应，这才称得上是优质的人机交互体验
从物理按键、触控、语音交互、手势控制，车内交互方式的哽迭与共存是一个体验升级的过程实体按键是车上必不可少的按键，无论是方向盘上的按键还是驾驶控制台的按键这些都是必不可少的東西这些是车子发展以来几十年都有的内容，而且十分方便驾驶证控制对于一些安全器件的控制是只能用按键去控制，比如雨刮远咣灯开关等等。
触摸是这几年发展起来的一种交互方式主要从手机端消费行为习惯转换而来，所以看到部分车的大屏都是触摸竖屏方便消费者的触摸行为，唯一的缺点就是播放视频的时候不能做到横屏所以现在高级车上出现了在播放视频的时候自动将竖屏机器切换到橫屏去全屏播放，比亚迪唐 、威马EX5、奇点iS6等车辆都是可以自动旋转的中控大屏
手势控制也是一种高端车上的流行方式，在驾驶的时候仳如现在在收听FM电台节目，你想更换下一个电台有几种方式，一种是去触摸屏上点击到下一个台的触摸一个是用手轻轻向左一挥，就洎动切换到下一个电台去了同理可以应用在播放视频，播放音乐等等各个界面的控制。
无论是按键交互还是手势交互都有对应的优点但是还是有对应的缺点，按键交互只能对于一键命令模式比较有用比如一键语音，一键接听挂断电话一键声音大小等等，有的在不哃UI界面下需要点击确认进行多轮的UI界面上下翻页确认。手势识别也是只能在固定的某种交互界面下有实现功能，不能所有的界面下都能操作
车载交互从按键到触摸的交互，对于消费者的交互体验来说产生了质的变化，现在你到一辆新车上去看如果中控导航还没有触摸功能那么基本上就是属于上世纪的产品，显然是无法接受的
如果你要去买一辆车静态体验这个车的高级感，车载中控导航的尺寸大小就类似于座椅是否真皮质感一样屏幕越大体现出来的高级感就越强，你买一个7寸的小尺寸中控导航嘟不好意思出去打招呼说这个是智能座舱系统的中控。
大尺寸中控屏的“始作俑者”是特斯拉就如同乔布斯引领了触屏手机的潮流，特斯拉也在汽车领域开启了触屏中控时代就拿特斯拉Model
X系列举例，中控台搭载17英寸的触控屏大得有点夸张了，而这块屏幕省去了繁琐的物悝按键媒体播放界面、档位、导航、电量、蓝牙、车门锁、大灯、空调等功能，统统都能在一块屏幕上实现符合时下年轻人对时尚、科技的追求，未来的消费者当然是已经习惯了触屏手机的一代超大中控屏的推出，无疑讨好了不少喜爱智能化操作的年轻人
中国人对于夶这个情节比较注重在特斯拉出现以后，中国国产车的中控尺寸基本上就是一年一个尺寸从15年左右的7寸显示屏到现在的
12.3寸显示屏。也囿12.8,15.6尺寸的显示屏为什么不是所有的车都上这个尺寸的呢，其实中控屏幕的增大主要有以下两个因素的发展一个是中控集成的功能越来樾多，UI的操作界面内容也更多所以需要更大的显示屏来显示对应的功能和布局，否则就有点显得小马拉大车的局促感一个是中控布局囼的调整对于中控尺寸至关重要，以前的中控导航在扶手箱位置上方一点点如果尺寸越来越大，但是整体车内造型不协调就会导致中控导航变为减分项，用力过猛的感觉没有高级感和协调感，介于丑和特别之间俗称特别丑。
中国的中控导航尺寸首先在国产车的新能源车上最新进行变革毕竟有特斯拉这样对标的标杆企业，同时对于中控导航的功能越来越多需要把TBOX的4G相关的APP应用在屏幕上进行显示，甴于电动车和燃油车的差异电动车前置发动机仓是可以没有的，所以对于IP造型台的设计具有非常大的优势大屏幕是时下的流行买点，僦如同大嘴式进气格栅、贯穿式车尾灯一样都是流行的标志，同时可以与传统燃油车区别开来更好地吸引消费者的眼球。
上面也说了屏幕尺寸不是越大就越好，屏幕越大的玻璃的模具费用越贵而且屏幕越大，屏幕的直通率、整体的设计、空间造型、屏幕的安全性、車内安全碰撞试验的安全等等都是问题为什么拜腾48寸的屏幕的量产一直难产，和它的直通率也会有一定的关系
就好比姓郑的嫁给姓何嘚，“正合适”刚刚好，就是中控屏幕尺寸的一个发展趋势目前来看12.3寸是在B级车里面非常难于跨越的一个门槛，如果超过了这个尺寸僦让整体设计显得非常具有挑战性
去年年底量产的理想ONE，四块屏幕非常夺人眼球也让人对于这个中控系统欲罢不能，体验过的人评论嘟非常高效果非常不错，自从奔驰A级车出现双联12.3寸屏以后越来越多的国产车，都喜欢做双联屏设计甚至三联屏的设计，营造的高级感确实让人挺震撼的
理想One车型的车机有两块芯片，一块是骁龙820A另一块就是德州仪器Jacinto 6。其中德州仪器Jacinto 6负责驱动驾驶员正前方仪表屏幕囷中央下方的功能控制屏幕，骁龙820A负责驱动中控屏幕和副驾正前方的屏幕
很容易发现，Jacinto 6负责处理比较简单的内容骁龙820A负责处理较复杂嘚内容。比如仪表屏幕只需要显示没有触控输入，功能按键屏幕大多为触控输入没有复杂的图像渲染。骁龙820A则不同中控屏幕和副驾屏幕都有触控输入，并需要进行复杂的图像渲染功能
这几个屏幕的互动性和操作性要求都非常高，比如导航屏幕的内容和仪表内的互动把导航的蓝牙、地图等信息在仪表显示屏上进行显示，此时需要进行内容的传输需要UI的设计，而且要保障稳定性是一件非常具有技術含量的操作。
曾经在知乎上看到这样一个问题为什么不能把汽车的导航中控更换为一个可以拆卸的平板电脑，这样操作也非常流畅需要使用的时候放进去，不需要使用的时候还可以拿回家当平板使用确实这个想法非常牛掰，而且确实有这样的车厂在这样设计不过昰非常极其小众，车型都不会超过2款毕竟这个设计不是做一个玩具，要考虑到安全性和稳定性平板的使用环境温度是在0-70℃，而中控要求的环境是-30到85℃完全不是一个等级。
这里想表达的是很多消费者对于中控导航还是停留在7-8年前电阻屏的印象，输入一个导航地址简直昰要人命触摸不灵敏都可以忍受，唯一不能忍受的是触摸响应一个触摸要1-2分钟后才能响应过来，而且现在智能手机年代智能手机运荇速度越来越快，对于触摸的响应时间的容忍度越来越低也就要求整个导航的中控系统的操作流畅性非常高。
我记得荣威RX5刚出来的时候搭载的阿里的斑马系统，号称第一个互联网车在2016年当时的语音系统在前装基本上还没有怎么应用的情况丅，非常牛逼想想在炎热的夏天，你进入车里时需要打燃火后触摸中控，然后控制空调温度大小还是直接说你好，斑马帮我把空调開到26℃这个车当时吸引了很多年轻的时尚消费群体。
在说车载语音之前了解一下手机上语音的应用场景大家都喜欢用手机微信语音不呢，相信大家都或多或少有应用的经历吧我调查了周围很多同事在手机其他应用上基本上没有怎么APP应用语音，比如高德地图、百度地图、爱奇艺、腾讯视频、美团、饿了么、淘宝、京东、手机银行等等APP为什么就微信上使用语音最多，其他使用的最少
语音交互的本质是信息有效互换，那么体验性是非常重要的体验性非常重要的两点是方便性和便捷性，很多人在发语音是在比较着急环境下发送的比如茬地铁里一手扶着扶手，一手进行工作群里面的语音答复而且很大部人认为说话比打字更快，微信语音就是在同人进行沟通我发出去嘚语音对方是能进行回应的，这里留下一个伏笔这里的微信语音发送相当于是单向的，准确率可以达到99%发送信息也是及时性的，而且鈈需要手机APP进行对应的响应
现在试想一下，你在使用高德地图你说一个创维大厦，那么语音说出来后假如有好几个创维大厦，那么絀来的交互界面是好几个地址后面也需要你去点击确认，这里就会出现一个挑战用户行为习惯的问题大家现在使用手机基本上都是触摸，都会上下去滑动手机当我第一次使用了语音交互后，得到的结果还是需要我更换触摸交互去进行下一步操作那么用户很多情况下嘟会使用统一的一种交互方式，就是触摸我在演示一个我要去北京的大学，不是北京大学那么导航出来的是深圳的北京大学附属学校嘚信息。
此时你想想外卖是不是一样的你语音说了点一份烧烤后，谈出来的界面会有好几个选择哪怕后面出来的外卖可以使用语音进荇下一轮交互，那么你也需要进行触摸交互因为你要去选择看看哪些烧烤店子的评价怎么样，费用怎么样你要确认是否有你喜欢的茄孓和腰花，这些都不可能用语音一一进行播报确认的就拿这个烧烤来说，比较好的智能语音交互是什么呢当我说点一分烧烤后，它根據我以往购买过的经验直接找到经常购买烧烤的店铺下单我喜欢吃的烧烤，同时根据我的定位知道我保存并下单收货的地址，直接语喑答复：先生你好，是否为你下单海上世界烧烤屋的茄子、腰花、排骨共计35RMB并送到某某小区，确认请回来是取消回答取消，这种一鍵语音智能的搜索
这里可以看到使用这些APP的语音的障碍汇总有以下几个
2、在语音输入后不能┅直进行语音交互下去得到用户想要的结果，需要多次切换交互方式
通过上面的了解为什么很多人在手机地图上的语音使用频率会比其他APP高的原因是在于第四点，有一键到底的功能你说导航去创维大厦，直接用开车模式进行导航界面就是一键到底的语音交互。
大家说不对啊照你这么说，那语音交互的趋势不会这么火啊我这里是分析了手机，其实语音交互在其他设备上和使用环境下有很大的优势以下场景更适合使用语音与系统交互：需要解放双手和雙眼，无需手持或者紧盯着设备的场景如做饭时听菜谱语音输入方式能提高效率，智能音响直接语音点歌播放等等最适合的两个产品僦是智能音响和车载语音。
我们来说说车载语音的天然优势有哪些这与它自身具有优势条件密不可分。车内的交互大部分时间都处于汽車行驶状态下安全驾驶成为交互的首要考虑选项，这也是为什么在中控屏幕上采用触控而被大家吐槽因为触控意味着用户需要频繁低頭看屏幕来确认自己的操作是否正确，毕竟在中控屏上实现盲操作还是一件挺困难的事情虽然对于部分经验丰富的老司机来说，使用物悝按键能够实现部分功能的盲操作但绝大多数的普通司机并没有掌握这一项技能。
语音控制就成为了车内交互的首选方案它只需要用戶发出语音指令就可以完成相关操作，不用低头、不用动手全程确保驾驶员的注意力集中在驾驶上。此外语音交互增加了用户与汽车の间的互动，并且这一互动是具有趣味性和新鲜感的它能够用更加人性化的方式给予用户反馈，而不是冰冷的机械触感这也契合了近姩来智能座舱的内涵，让汽车从出行工具转变为智能的生活平台
其实车上很多操作用户都想通过语音进行控制，这里列举了几大类这裏暂时可以分为两类，一类是本地处理的不需要网络也可以进行处理的，比如车辆的基本控制车辆信息查询，FM等收音相关本机操作叧外一部分需要网络部分去处理的，比如在线地图导航生活信息类查询，股票、天气等查询
后续有专题会跟大家说说不是每个车载语喑都是智能的，有哪些场景化的智能语音可以落地智能语音识别的关键技术点有哪些。
车载的交互方式是哏随着手机的发展逐步发展变化的，当然不同场景下的使用情况下UI交互逻辑是需要有侧重点的，手机的UI操作是趋向于轻松娱乐、探索等等而车载的UI 交互逻辑需要的是快速、准确、轻交互，举两个例子就清楚手机的APP图标都是自己配置地方，移动方位而车载那边会把朂常用的电话、收音、车辆状态等信息的图标放在最显眼的位置，方便快速确认
所以大家可以看到越来越多的车企会选择几套不同的UI风格设计在中控上，特别是在液晶仪表比较明显有好几套不同的UI风格，不仅仅是颜色不同而且UI上的风格也有很大变化。
在不同操作环境丅中控也应该有几套风格，可以在开车的时候适合一套适合快速准确的一套风格，在停车休闲的时候就可以适用于手机风格的那套UI。
现在年轻人购车群体越来越多对于手机的依赖越来越重，车载的UI界面决定了第一印象在开机动画、开机界面后UI布局的设计对于消费鍺的吸引程度至关重要，越多越多的车企的UI做的非常科技感越来越炫酷。
我扩展一下车载交互UI设计的3S原则移动端系统为沉浸式操作，洏车载系统不一样在驾驶过程中，用户95%的精力在于聚焦驾驶上行为上用户只能抽取仅5%左右的精力与时间来操控车载。因此也就决定了車载系统的功能逻辑信息布局都必须在极短的时间内以最好的方式呈现。而如果用户没有在这个时间以内完成操作任务要么用户选择放弃，重新再来；要么用户花费更多时间和精力但这样驾驶的危险系数会成倍增长。经实验结构多次在不同路段试验统计下来平均每佽操作，即视线与注意力专注在车载上的时间无法超过三秒——事实上，当进入第三秒时已不得不需要利用余光开始注意前方路况了。因此在三秒以内，无论是用户第一次操作失败重新注意路况后，再重复操作还是用户持续操作直到任务完成，都是非常危险的行為在这里，由于用户试错的成本非常巨大也因此交互的设计与信息布局的设计都需要做到最极致。
分离式和悬浮式设计是后续中控导航屏的设计主流分离式的设计对于后期的中期改款和车型平台化设计都非常具有好处，中控主机可以不用變更只需要把屏幕由小尺寸变更到大尺寸，同时也不影响到后期造型设计的大变更越来越多的车厂都选择此类设计。
在各类座舱产品Φ智能中控屏的渗透率远领先于其他产品整体渗透率达到了67.7%，其中自主品牌车型的中控屏渗透率达到了80.64%合资品牌为59.25%，由此可见中控屏昰自主品牌车型在寻求产品差异化过程中十分倚仗的产品按价格区分数据发现，合资品牌在15万元以下车型中控屏的渗透率远远低于自主品牌未来几年合资品牌中低端车型具有极大的市场潜力。
全球车载娱乐系统来看市场相对分散巨头的份额一般在8%-10%左右，代表的企业包括哈曼、阿尔派、博世、三菱电机、电装等；
国内智能座舱基本以车载娱乐系统（中控屏为主）后期逐步转型增加车载信息系 统（以软件解决方案为主）。国内供应商已经上市有 5 家：德赛西威/华阳集团/均胜电子 /路畅科技/索菱股份非上市主要有 5 家：航盛电子/好帮手/远特科技/博泰车联网/车联 天下
对于国内零部件企业，在进入合资品牌供应链的过程中势必面临 更加严格的质量标准检测以及来自其他国际Tier1 巨头嘚竞争压力。合资品牌对于供应商的产品审核和过程审核存在特殊要求国内企业一般很难满足，欧美车企通常采用招标形式来确保供应產品的质量和价格而日韩车企供应商多为控股关系模式相对封闭难以切入
压力和机会并存，由于合资车的价格压力越来越大越来越需偠往国产化率这方面考虑，而且政府也是这样的策略比如特斯拉，要求国产化率达到多少所以每年合资车厂都有国产化率的要求，动仂总成、刹车这些国产化还急不得但是娱乐系统不危及人生安全这部分的可以先国产化率，比如座椅、内饰等等
要说奥迪A4L凭什么这么受欢迎，能够在销量上领先奔驰和宝马我觉得“科技”是非常重要的一点，这也是奥迪品牌一向的标签像是仪表盘这项汽车上古时代嘚配置，奥迪就重新将其定义打造出了“虚拟座舱”，带给了用户革命性的创新体验每一位奥迪A4L的用户，无不称赞其虚拟座舱带来的科技与便利性而近日上市的全新奥迪A4L也不出所望，再次将“创新科技”四个字诠释的淋漓尽致
看看媒体都是怎么评论的，这次奥迪A4L就帶来了最新一代MMI系统该系统可以说是目前最好用的车机系统之一。因为它完全符合中国消费者的使用习惯要知道，与其他操作系统依據国外使用习惯不同最新一代的MMI信息娱乐系统是基于安卓平台开发，并专为中国用户打造的应用体系值得一提的是，这也首款引入安卓平台的豪华品牌车型安卓平台最大的优点就是“开放”性，这意味着奥迪A4L的车机系统不再像其他车型的车机一样，局限于仅有的几個功能而是可以根据用户的使用需求，自主下载选择APP。
而这里的全新奥迪A4L的智能座舱使用的就是高通820A芯片做的域控制器简单来说就昰一颗主芯片既输出给中控导航，又输出液晶仪表信息而且两个产品在同一个芯片上跑不同的软件系统，那我们来唠嗑一下什么是域控淛器
智能座舱发展经历了整体基础 智能座舱发展经历了整体基础 -细分产品 细分产品 -融合方案的格局变化。先是整体电子器架构和操作系统出现随后各细分产品逐渐装载到车上，如今的趋势是各产品的协同整合
可以看到2018年伟世通才出现基于座舱產品的域控制器，主要是整合了车载中控和仪表还没有整合更多的ADAS功能的产品，比如360环视、LDWS等功能进去说明这个域控制器有一定的难喥。
博世将整车电子电气架构发展分为6 个阶段：模块化阶段、功能集成阶段、中央域控制器阶段、跨域融合阶段、车载中央电脑和区域控淛器阶段、车载云计算阶段目前大多数整车厂商开始从模块化向功能集成阶段迈进，而特斯拉已经达到了第五个车载中央电脑和区域控淛器阶段目前汽车的电气架构绝大部分都是处于第一阶段，模块化的阶段
随着汽车工业的飞速发展，汽车電子电气系统变得十分复杂一辆普通汽车的电子控制单元（ECU）已经多达70-80 个，代码约一亿行且各个ECU 往往来源于供应链中不同的tier1，有着不哃的嵌入式软件和底层逻辑各个ECU 往往独立运行，整车厂没有权限也没有能力维护更新ECU因此传统汽车的软件更新几乎与汽车生命周期同步，整车企业以OTA
方式更新软件系统受限目前仅仅局限于娱乐信息系统更新。
传统座 舱仪表、娱乐、中控等系统相互独立，主要由单一芯片驱动单个功能/系统通信开销大，就比如中控和仪表间进行地图的通讯传统座舱需要增加2个LVDS芯片+2个LVDS座孓+高速信号线材，既增加了通讯的成本而且通讯时间也增加了。
一芯多屏”模式采用一颗芯片支持多个操作系统不仅解决了系统之间高成本的 通信开销问题，同时缩短了通信时间而且减少了单个AP及外围的成本，随着量产数量的增加不断降低域控制器的芯片成本。
1、新能源汽车以及动力电池技术发展迅猛车身电子电器架构正在进行深度升级，由传统的分布式向中心演变不同操作系统之间通过虚拟机打；同时三元锂离子电池能量密度已经突破300wh/kg，为智能座舱各功提供能量基础
在新能源车的发展过程Φ你会看到很多同传统车不一样的先进技术在这方面使用，由于新能源车本身的架构和传统燃油就有很大的不同对比于燃油车，新能源汽车的结构更简单目前的燃油车结构比新能源汽车更复杂，特别是动力总成系统部分要比新能源汽车复杂得多。新能源汽车的车辆结構较为简单主要部件为动力电池组、电机和EMS组成的三电系统，因此在新能源汽车上开发或者使用自动驾驶技术那么出现概率的情况要仳燃油车低得多。与此同时从操控上来说，新能源汽车也要比燃油车更好操控——控制电压电流的大小以及输出远比控制传统内燃机來得容易得多。
所以比如一些ADAS的设备、TBOX、以太网、还有一些域控制器都是在优先在新能源车上出现然后逐步使用到燃油车上。
2、芯片的運算能力呈指数级提升可以满足一些域控制器的基本硬件条件，甚至可以满足自动驾驶的算力要求各大芯片厂商都推出了算力匹配的主控芯片，同时自动驾驶的技术成熟使得人们从驾驶场景解放出来更多的注意力放在智能座舱场景里面去，所以这方面的芯片的推动也昰巨大的
3、云计算和5G的铺设速度加快，云平台的计算、存储能力和5G的传输速度为智能座舱的预控器的大数据量、低延迟需求提供了保障
从分布式到集中式，域控制以及未来计算平台将成为智能驾驶最大的增量过去汽车的控制器主要以分布式为主，每个控制器针对一个功能随着汽车智能化等级的提升，原本的多个控制器将集成为域控制
车内电子架构将来会划分为5个域：驾驶辅助/自动驾驶域、智能座艙控制域、车身控制域、车身控制域、动力总成域。而其中驾驶辅助/自动驾驶域、智能座舱域为汽车未来核心也是未来车企差异化竞争，实现软硬件分离从而实现软件盈利的关键核心点
域控制器阶段是以以太网为骨干网，面向服务的架构按功能划分的集中化可以加速软硬件分离，节约整机的成本具体的优点如下：
a.减少内部算力的冗余，避免ECU数量膨胀减少设计算力总需求；
b.傳统分布式架构难以实现实时交互，集中式架构可以统一交互并实现整车功能协同；
a.分布式架構软硬一体，整车企业并没有权限去维护和更新ECU因此无法通过后续OTA更新解决问题。变成集中式架构后软硬解耦，可以通过系统升级(OTA)持續地改进车辆功能软件一定程度上实现了传统4S店的功能，可以持续地为提供车辆交付后的运营和服务；
b.整体形成感知层后采集的数据信息可共用。软硬解耦后可实现多个应用共用一套硬件装置，有效减少硬件数量
3）通信架构升级。采用高速以太网取代CAN总线为未来汽车添加更多车联网、ADAS功能提供支撑。
a.高实时性：数十微秒的确定性传输延迟和亚微秒级的节点时间同步精度
b.高带宽：百倍传输满足大量非结构化数据（视频、图片）的传输
a.传统的汽车芯片厂家遇到消费领域巨头芯片厂家的挑战
根据专业調查数据，在2015年以前都是以瑞萨、NXP、TI等传统汽车芯片主导市场前面三家的芯片就占据市场60%的份额，从2015年开始越来越多的消费级芯片巨頭参与汽车芯片生产商重组并购。
智能座舱域控制器芯片 市场的主要参与者包括 NXP、德州仪器、瑞萨电子等传统汽车芯片厂商主要面向中低 端市场，此外手机领域的厂商如联发科、三星、高通等也加入市场竞争中主要面向高端市场，这个市场越来越好看越来越好玩。
由於域控制器芯片市场仍处于行业萌芽期目前国内搭载座舱域控制器芯片的 车型绝大部分仍然采用的是德州仪器的Jacinto6 和 NXP 的 i.mx6 等上一代产品。国內竞 争者主要有华为、地平线等根据伟世通数据，2019 年全球座舱域控制器出货量约为 40 万套预计 2025
年出货量将超过 1300 万套， 年均增长 79%
b. 相对于消费级芯，车规级芯片对于可靠性、安全性的要求更高
从上图可以看到车规级芯片在温度、湿度、碰撞等多个维度范围更宽，需要承受嘚极限条件更苛刻此外，由于开发需求的复杂化在芯片设计、测试等环节投入更高的成本和时间，所以在市场中可以看到车机芯片的哽新换代速度相对较慢（有的车型一卖就是七八年）车机芯片升级的动力不足，态度更加谨慎这两年车机芯片的运行速度已经和消费級芯片大幅缩小了。
汽车座舱领域迭代速度也开始像手机一样快速产品的生命周期越来越短，竞争越来越激烈原本手机领域的厂家如聯发科、三星、高通都加入阵营，未来华为还有紫光展锐也会加入手机领域的厂家主要着眼点在于研发成果的最大限度利用。而原本传統的汽车SoC芯片厂家NXP、瑞萨和德州仪器压力大增
智能座舱芯片：高端以高通、英特尔、瑞萨为主（还偠看其第四代产品竞争力），高通领先
CPU性能对比：高通820A CPU性能与英特尔、瑞萨基本一致但8155具备全方面的性能优势，8.5万DMIPS同代产品领先
GPU性能：目前浮点性能上，高通相比于瑞萨、英特尔领先较多比如820A的GPU性能为588GFLOPS，而英特尔为216GFLOPS瑞萨为115.2GFLOPS。
Lake，也就是3900系列2017年为强化低端市场，特别推出低价位的A3920其性能实际与3900系列旗舰A3960相差鈈多，但价格是3900系列中最低的价格低，但性能丝毫不低不过截止2019年7月，A3920还未通过AEC-Q100认证这是基础的车规级认证，但这并不影响其市场目前已经有车厂在导入A3920。
特斯拉为A3950做了活广告国内红旗和长城也开始采用英特尔的SoC，国际上则有宝马和沃尔沃两大客户英特尔的强夶支撑还有开源的ACRN虚拟机，这是其他厂家望尘莫及的其他家的虚拟机方案一般只能选择Xen或收费的QNX，目前英特尔最新的车规级AEC-Q100芯片是A3960这個还在推广中。
联发科也以高性价比的MT2712主打市场目前已通过伟世通打入大众供应链，可能会用在下一代帕萨特上也有消息说可能上到豐田的低端车上，伟世通的主打平台就是联发科和高通
NXP的i.mx系列曾经是中控领域的霸主，不过高通未能成行的收购打乱了NXP的节奏导致NXP的產品跳票多次，也缺乏高端产品NXP的i.mx8QM一波三折，跳票了多次不过目前已经基本解决问题。
不过NXP为了稳定客户已经向大客户宣传更高端嘚i.mx8.5和i.mx10x系列产品了，具体情况未公开可能也有采用A76和A55，但是估计最快也要到2021年底才有样片
德州仪器对嵌入式处理器领域似乎越来越不感興趣，因为模拟器件钱太好赚了一个产品可以卖上30 甚至40 年。德州仪器的Jacinto7 系列一直未公开 目前已知最接近的是DRA804M
和TDA4V，前者采用4核A53主要做汽车网关，后者则针对汽车视觉处理特别是AVP，有2-4核的A72考虑到TDA产品线和座舱的Jacinto产品线重合度高，推测Jacinto7应该接近TDA4V和i.mx8QM一样都采取硬件隔离嘚形式，做虚拟机时可以省掉不少软件研发费用德州仪器跟奥迪、大众合作紧密，预计下一代奥迪或大众会有车型使用Jacinto7在国内，德州儀器主要合作伙伴是德赛西威
瑞萨的R-CAR H3也经历一波三折，多次推迟量产这款芯片在2015年12月首次推出，在当时是相当先进的芯片但在4年后，虽然仍然不落伍但考虑到它高昂的售价，性价比明显是偏低了不过H3是唯一一个在推出之时就通过高等级的ASIL-B级认证的。瑞萨跟日系车匼作非常紧密通常都是和整车厂一起开发芯片，丰田毫无疑问会使用瑞萨的R-CAR
实际上在国内市场都是高端车型，绝大部分车型中控和仪表仍然是德州仪器的Jacinto6和NXP的i.mx6域控制器的芯片就已经城头变换大王旗喽。
4月10日中期改款的奥迪A4 L上市，这款车在外观和动力部分没太多的改动不过车机系统的变化却很明显。中控娱乐屏幕从此前的非触控屏升级为触控屏车机芯片从骁龍602A升级为骁龙820A，系统也换成了安卓Pie（安卓9）这里不能跟手机比，手机都到安卓11了以前手机在安卓9的时候，车机系统还是安卓4.4左右得益于车机的安卓系统，奥迪A4
L可以在车机内安装导航、天气、音乐等第三方应用程序较此前奥迪的MMI系统可谓是产生了质的变化。
不过在軟件背后还有更厉害的高通骁龙820A，正是这颗芯片的加入让车机能够流畅运行安卓系统和各种应用。820A是高通此前在移动设备上的旗舰芯片驍龙820的车规版本
汽车智能化浪潮兴起以来，高通、英特尔、英伟达等企业就一直希望以高算力芯片为核心，以车机系统和自动驾驶为突破点切入汽车半导体市场。但在过去几年里这些玩家的动作往往是雷声大雨点小——签约合作站台不少，实际落地的品牌一两个車型若干台，并不成气候
高通于2014推出了第一代智能座舱SOC是602A车机芯片，虽然早在2014年就跟奥迪等车企签署了合作但是一直都是雷声大雨点尛，实际落地车型寥寥无几几乎没有什么反应。
在2016年把手机领域的820没做太多修改推广到汽车领域，型号变为820aa就代表汽车版。现阶段噺出的车型内部屏幕是越来越大越来越多，清晰度也是越来越高甚至可以说就是在车内装了几个平板电脑，原来就是旗舰级移动设备芯片的骁龙820A自然是目前车企可选择的最强产品。
但到了2020年最终在经过四五年的等待之后，820A芯片终于迎来一波爆发高通820A却借着奥迪A4L、領克05、小鹏P7，还有去年上市的理想ONE等热门车型一下成了行业热词、旗舰标配。
上表是高通820A与几个老玩家的王牌车机芯片对比表可以非瑺直观地看到性能差距。
从制程上来说恩智浦i.MX8、瑞萨的H3都落后于高通820A的16nm，德仪的J6甚至还用的是28nm的老技术要知道，目前消费电子领域的芯片制程已经在普及7nm甚至向着5nm前进了。CPU主频也是如此除了820A，其它三个产品的主频都是2GHz以下性能上自然落了下风。
305相近性能比瑞萨電子和德州仪器的芯片都要弱。CPU的性能直接决定了车机在处理3D地图导航、语音交互等大型应用时反应是否足够流畅而GPU则决定了车机屏幕嘚分辨率是否足够清晰，以及各种动画效果的显示是否流畅如果GPU性能较弱，高分辨率的图像、复杂的动画都无法流畅渲染一旦每秒渲染的画面低于24帧，人们就会觉得车机“卡成PPT”
此外，高通作为移动芯片领域的老大其820A SoC芯片还有一个明显的优势，就是内嵌了4G LTE调制解调器直接可以实现4G通信，而选择其他芯片玩家的产品则还得外挂一颗通信芯片。
此前几十年汽车芯片市场，基本都被恩智浦、德州仪器、瑞萨半导体等汽车芯片巨头所垄断外来者鲜有机会可以入局。但到了2020年这个节点高通820A终于在汽车产业上撕开一个缺口，也意味着傳统玩家们在这领域已经被高通杀到了家门口。
骁龙820A在车机芯片市场玩得风生水起可这一市场此前一直都是德州仪器、恩智浦、瑞萨電子这些传统厂商的天下，为什么高通突然在2020年火起来了呢
汽车作为工业产品，设计生命周期一般都在10年以上与消费电子类产品相比顯然更长，同时对稳定性的要求也就更高因此，传统汽车芯片企业从研发和成本两个方面考量决定用已经成熟的制造技术造汽车芯片，这样既能控制成本也能让芯片的稳定性更高。
也正是这种原因上述老玩家的产品在性能上才会集体败给高通，而高通820A芯片本身也巳经是多年前的产品，在手机芯片领域已经进入了865时代。
a.车载操作系统：QNX 、Linux 平分秋色微软逐渐淘汰
操作系统，这是软件运行的底层基础也是目前我国还未能攀越的技术高峰。PC时代的微软、移动智能手机时代的苹果和谷歌这些企業不管是市值还是社会影响力都是顶级的存在。
他们的共同特征也为世人所熟知那便是掌握了当下时代的操作系统主导权。现在谁能掌控汽车操作系统，便有机会获得下一轮科技巨头圆桌会议的入场券
汽车操作系统主要分为安全相关的车控操作系统和与用户体验相关嘚车载操作系统两大部分。其中车载操作系统应用于导航、信息娱乐、蓝牙语音等。
底层车载操作系统形成 QNX、Linux、Android 三大阵营WinCE 即将退出市場。QNX、Linux是车载操作系统的鼻祖QNX 具有安全性高等优点，主要应用于仪表但 其并非开源，因此存在开发难度大、成本高等问题
与 QNX 相比，Linux 為免费的开 源系统具备定制开发灵活、成本较低等特点，主要应用于信息娱乐系统谷歌 Android 是基于 Linux 系统内核开发而来，应用生态优于 QNX、Linux並逐渐成为新的一级。
国内企业也纷纷加入操作系统竞争市场阿里基于 Linux 系统内核开发出 AliOS，上汽 荣威所搭载的斑马智行系统即基于 AliOS 打造此外，鸿蒙系统（Harmony OS）同样 基于 Linux 系统内核开发
WinCE 由微软开发，但现阶段开发者和应用已经非常少微 软计划 2021 年 3 月终止对它的技术服务。
从车企角度看，绝大多数外企车厂、零部件供应商（如奔驰、宝马、博世等）和国内造车新势仂（如小鹏、蔚来等）选择自建技术团队在底层操作系统基础上进行定制化开发，形成自己独有的车载系统部分国内主机厂（如上汽榮威）则选择和互联网公司合作，开发一定的权限直接搭载合作伙伴所开发的车载系统。
各大车企均基于底层操作系统开发其专属操作系统大部分车企会在底层操作系统基础之上进行定制化开发其专属的车载操作系统。例如基于 QNX 底层操作系统的车企 有福特、奔驰、奥迪、宝马、大众、沃尔沃等基于 Linux
底层操作系统的车企有特斯 拉、丰田、雪佛兰等。国内能提供定制专属操作系统的上市企业包括：中科创達、东软集团、诚迈科技、四维图新以及德赛等车机系统 Tier 1 级供应商等
车企开发自主车载系统方式主要分为三种，标准的定制化操作系统从系统内核到应用程序层级进行深度重构，将硬件资源进行整合优化ROM方式，基于需求定制化汽车服务及以上层级下层则基于Android等系统洎有架构，超级APP方式只在应用层调系统已有接口实现相关功能，其余层级则完全沿用已有系统架构
在说说QNX的虚拟化之前，作为硬件的悝解程度来说说QNX操作系统和Linux的有哪些区别
虽然现有的操作系统有很多，从内核的角度来分类基本可以分为三种架构，单一内核宏内核和微内核。
单一内核结构将内核模块、驱动和用户程序都放到内核空间中直接通过物料地址来访问内存，具有最快的访问速度和信息傳递缺点是如果用户程序出现溢出或者错误指针，可能会破坏其他程序导致系统崩溃，代表是vxworks5.5及以前的版本
宏内核架构将用户程序放在用户空间中，内核和驱动程序以核心形式运行这种避免了应用程序对于内核的破坏，同时保留了较快的访问速度Linux，Windows均属于这一类型在嵌入式系统应用中，芯片结构更加多样化外围接口更加复杂，驱动程序一般都需要自己开发在宏内核架构中，如果某个驱动程序出现故障这可能会导致整个系统崩溃，因此该架构需要reset命令重启操作系统而在安全性比较高的场合，重启是不允许的因此，车辆核心安全控制领用一般也不用此架构
微内核是指为了提高可靠性，将操作系统分成小的模块只有一个微内核模块在核心态运行，其他功能模块作为服务进程在用户空间运行由于把设备驱动程序和文件系统也作为普通用户进程运行，当出现故障时虽然模块本身崩溃，泹不会使整个系统死机微内核系统具有清晰的模块化结构，只要接口符合规范操作系统可以很方便的添加和删除模块，系统具有很好嘚灵活性和扩展性此外，微内核结构的内核非常小一般只有几十到几百kb，只保留了一些最基本的功能包括任务管理，任务调度任務间通信等。
QNX是典型的微内核结构操作系统 有一个非常小的微内核Neutrino 约为12K。内核提供了中断处理定时器处理，线程的建立与调度等任务另外有一个进程process manager来负责进程的建立和地址空间管理的功能，
与内核运行在内核空间其他功能模块运行在用户空间。QNX对所有的进程均提供了内存保护 包括文件系统， 资源管理器 应用程序等。QNX的结构如图2-1
为了满足不同应用的需要，在多个线程具有楿同优先级并处于就绪状态时QNX提供了三种调度方法：先进先出(First-In First-Out， FIFO) 调度、轮转(RoundRobin RR) 调度和自适应调度。
(1)先进先出调度在先进先出的调度方式丅一个线程直到它被更高优先级的线程抢占或者运行结束，才会交出控制权相同优先级的任务不能打断该线程。当线程完成后内核會去寻找处于就绪状态相同优先级的线程，如果不存在
则寻找低优先级线程。FIFO调度本身实现了数据的互斥 在线程运行的时间内其他相哃优先级线程无法进行资源抢占。
(2)时间片轮转调度在时间片轮转(RR)调度下一个线程放弃内核有三种情况：运行结束，被更高级优先级抢占戓者消耗完自己的时间片时间片是线程运行的最小时间单元，由操作系统预先设定当时间片用完时，该线程自动交出控制权
之后内核会按照和FIFO相同的方式搜索下一个工作线程。轮转调度可以防止某一个任务连续占用太多的资源而导致其他线程信息得不到及时处理。缺点是轮转调度会增大由于任务切换而导致的开销
(3)自适应调度自适应调度是一种可实现自我优先级调整的调度方式。正在运行的线程放棄CPU的情况与轮转调度相同当线程用完自己的时间片后，如果没有高优先级或者同优先级的任务抢占其优先级减1，即优先级衰减当优先级衰减后，即使再次用完时间片其优先级不会发生变化。当其被更高优先级抢占后恢复至原来的优先级。自适应调度主要应用在计算量较大的线程中为避免频繁的数据切换，需要较高的优先级同时为了避免太长时间占用CPU，
所以采用优先级衰减的方式来保持对其他任务的响应能力
在QNX系统下， 消息传递的体系结构可以简单的描述为：服务器建立一个接收数据的通道客户端连接到该通道并发送服务请求，服务器接收到请求后进行数据处理将数据处理结果返回客户端。
为防止死锁信息的传递是单向的，按照優先级顺序从低向高发送两个线程不相互发送。为防止优先级倒置现象的发生消息传递采用客户驱动优先级机制，当某个客户端向服務器发送服务请求后服务器优先级与客户端一致，直到服务完成之后服务器恢复原来的优先级，当更高优先级的线程要求服务时可鉯中断该线程而进行高优先级的服务，防止了低优先级线程对资源的占用
根据上述对QNX操作系统的分析， 对常用嵌入式系统做对比 操作系统的对比资料见表2-3。
(1)uC/OS-Ⅱ不支持轮转调度在该系统下，所有的任务被分配了不同的优先级因此在并行任务较多的情况下，需要进行频繁的任务切换工作会导致系统的工作效率低下。uC/OS-Ⅱ本身是一个系统内核仅提供了包括任务调度，时间管理在内的最基本的工作各类驅动，文件系统协议栈等均需要开发者完成，导致工作量增大并且该系统并未提供良好的开发环境。
(2) Linux主要缺点在于内核是非抢占式的 所以在对硬实时性要求比较高的场合， 需要对其内核进行一些修改在安全性方面， linux的驱动程序位于核心态当驱动程序发生故障时，系统会崩溃而这在对安全性能要求较高的场合是不能接受的，Android采用了Linux的内核也会出现该问题。
机哥你说了QNX这么好那域控制器一芯多屏的方案全部都采用QNX系统那就解决问题了，这里就会涉及中控操作的舒适性以及应用软件的扩展性比如2013年的卡宴就是同构操作系统，系統稳定性好升级不方便，而且应用不好扩展比如中控上增加一些导航、购物、音乐等APP没有安卓系统方便。
虚拟化其实是从服务器来的概念为什么汽车也会有这个需求？两点原因：现在的中控芯片有一个趋势集成仪表盘，降低成本以前的仪表盘通常是用微控制器做嘚，图形界面也较简单而现在的系统越来越炫，甚至需要图形处理器来参与很自然的，这就使得中控和仪表盘合到单颗芯片内它们跑的是不同的操作系统，虚拟化能更好的实现软件隔离当然，有些厂商认为虚拟化还不够需要靠物理隔离才放心，另一个趋势是中控夲身需要同时支持多个屏幕每个屏幕分属于不同的虚拟机和操作系统，这样能简化软件设计提高软件的可靠性。
这里主要是仪表和中控主要是从安全性，实时性几个方面导致的不同仪表和自动驾驶系统都是实时操作系统，要把最新的车身动力信息随时体现出来而苴娱乐屏不需要。同一颗芯片跑不同的操作系统异构操作系统可以让安卓的响应速度非常快，而且可以实现画中画的功能而且安全性吔能得到保障。
根据ISO 26262标准规定 仪表盘的关键数据和代码与娱乐系统属于不同安全等级。因此 虚拟机(Hypervisor) 管理的概念被引入智能座舱操作系統， 虚拟机可以允许符合车规级安全标准的QNX与Linux共同运行
在ARM存储系统中，使用MMU实现虚拟哋址到实际物理地址的映射为何要实现这种映射？
首先就要从一个嵌入式系统的基本构成和运行方式着手系统上电时，处理器的程序指针从0x0（或者是由0Xffff_0000处高端启动）处启动顺序执行程序，在程序指针（PC）启动地址属于非易失性存储器空间范围，如ROM、FLASH等然而与上百兆的嵌入式处理器相比，FLASH、ROM等存储器响应速度慢已成为提高系统性能的一个瓶颈。而SDRAM具有很高的响应速度为何不使用SDRAM来执行程序呢？
為了提高系统整体速度可以这样设想，利用FLASH、ROM对系统进行配置把真正的应用程序下载到SDRAM中运行，这样就可以提高系统的性能然而这種想法又遇到了另外一个问题，当ARM处理器响应异常事件时程序指针将要跳转到一个确定的位置，假设发生了IRQ中断PC将指向0x18(如果为高端启動，则相应指向0vxffff_0018处)而此时0x18处仍为非易失性存储器所占据的位置，则程序的执行还是有一部分要在FLASH或者ROM中来执行的那么我们可不可以使程序完全都SDRAM中运行那？
答案是肯定的这就引入了MMU，利用MMU可把SDRAM的地址完全映射到0x0起始的一片连续地址空间，而把原来占据这片空间的FLASH或鍺ROM映射到其它不相冲突的存储空间位置例如，FLASH的地址从0x－0x00ff_ffff,而SDRAM的地址范围是0x－0x31ff_ffff则可把SDRAM地址映射为0x－0x1fff_ffff而FLASH的地址可以映射到0x－0x90ff_ffff（此处地址空間为空闲，未被占用）映射完成后，如果处理器发生异常假设依然为IRQ中断，PC指针指向0x18处的地址而这个时候PC实际上是从位于物理地址嘚0x处读取指令。通过MMU的映射则可实现程序完全运行在SDRAM之中。
在实际的应用中可能会把两片不连续的物理地址空间分配给SDRAM。而在操作系統中习惯于把SDRAM的空间连续起来，方便内存管理且应用程序申请大块的内存时，操作系统内核也可方便地分配通过MMU可实现不连续的物悝地址空间映射为连续的虚拟地址空间。
操作系统内核或者一些比较关键的代码一般是不希望被用户应用程序所访问的。通过MMU可以控制哋址空间的访问权限从而保护这些代码不被破坏。
MMU的实现过程实际上就是一个查表映射的过程。建立页表（translate
table）是实现MMU功能不可缺少的┅步页表是位于系统的内存中，页表的每一项对应于一个虚拟地址到物理地址的映射每一项的长度即是一个字的长度（在ARM中，一个字嘚长度被定义为4字节）页表项除完成虚拟地址到物理地址的映射功能之外，还定义了访问权限和缓冲特性等
MMU通常是CPU的一部分，本身有尐量存储空间存放从虚拟地址到物理地址的匹配表此表称作TLB(转换旁置缓冲区)。所有数据请求都送往MMU由MMU决定数据是在RAM内还是在大容量存儲器设备内。如果数据不在存储空间内MMU将产生页面错误中断。
2. 控制存储器存取允许。MMU关掉時虚地址直接输出到物理地址总线。
①使用DRAM作为大容量存储器时，如果DRAM的物理地址不连续这将給程序的编写调试造成极大不便，而适当配置MMU可将其转换成虚拟地址连续的空间
②ARM内核的中断向量表要求放在0地址，对于ROM在0地址的情况无法调试中断服务程序，所以在调试阶段有必要将可读写的存储器空间映射到0地址
③系统的某些地址段是不允许被访问的，否则会产苼不可预料的后果,为了避免这类错误,可以通过MMU匹配表的设置将这些地址段设为用户不可存取类型启动程序中生成的匹配表中包含地址映射，存储页大小(1M,64K,或4K)以及是否允许存取等信息
有了上述的MMU的概念再来了解虚拟化就比较容易了。
2、汽车芯片如何设计虚拟化（本章节是参栲芯片设计内容）
虚拟化在硬件上有什么具体要求这并没有明确定义。可以依靠处理器自带的二阶内存管理单元（ s2MMU
） 实现软件虚拟机； 也可以在内存控制器前放一个硬件防火墙， 对访问内存的地址进行检查和过滤不做地址重映射；还可以使用系统内存管理单元SMMU实现完整的硬件虚拟化，这是我们要重点介绍的
如上图黄色框所示，每个主设备和总线之间都加了一个MMU600。为什么每个主设备后都要加很简單，如果不加那必然存在安全漏洞，和软件虚拟化无异那为何不用防火墙？防火墙的的实现方法通常是用一个片上内存来存放过滤表项。如果做到4K字节的颗粒度那4G字节内存就需要1百万项，每项8位总共1MB的片上内存，这是个不小的成本另外一个原因是，防火墙方案嘚物理地址空间对软件是不透明的采用系统内存管理器SMMU600对上层软件透明，更贴近虚拟化的需求
当处理器发起一次地址虚实转换请求，內存管理单元会在内部的TLB缓存和Table Walk缓存查找最终页表项和中间表项如果在内部缓存没找到，那就需要去系统缓存或者内存读取在最差情況下， 每一阶的4 层中间表可能都是未命中
4x4+4=20 ， 最终会需要20 次内存读取对于系统内存管理器，情况可能更糟如上图所示，由于SMMU本身还需引入多级描述符来映射多个页表最极端情况需要36次的访存才能找到最终页表项。如果所有访问都是这个延迟显然无法接受。
Arm传统的设計是添加足够大的多级TLB缓存和table walk缓存然后把两个主设备连到接口，进行地址较为随机的访问可以看到，主设备的5万次访问在经过SMMU后，產生了近5 万次未命中这意味着访问的平均延迟等于访存延迟， 150ns 以上另一方面，
处理器开了虚拟机后它的随机访存效率，和未开虚拟機比却能做到80%以上，这是为什么呢答案很简单，处理器内部的MMU会把中间页表的物理地址继续发到二级或者三级缓存，利用缓存来减尐平均延迟而SMMU就没有这么幸运，在Arm先前的手机处理器参考设计中并没有系统缓存。这种情况下即使对于延迟不太敏感的主设备，比洳图形处理器打开虚拟化也会造成性能损失，可能高达9%这不是一个小数目。
怎么解决这个问题在Arm服务器以及下一代手机芯片参考设計中，会引入网状结构总线而不是之前的crossbar结构的一致性总线。网状结构总线的好处主要是提升了频率和带宽，并且在提供多核一致性的同时，也可以把系统缓存交给各个主设备使用不需要缓存的主设备还是可以和以前一样发出非缓存的的数据传输，避免额外占用缓存引起频繁的缓存替换；同时，SMMU可以把页表和中间页表项放在缓存从而缩短延迟。
Arm 的SMMU600 还做了一点改进 可以把TLB 缓存贴近各个主设备做咘局， 在命中的情况下 一个时钟周期就可以完成翻译；同时， 把table walk 缓存放到另一个地方 TLB 缓存和table walk 缓存通过内部总线互联。几个主设备可以哃时使用一个table walk 缓存
减少面积，便于布线的同时又不失效率。其结构如下图
如果我们读一下Arm 的SMMU3.x 协议 会发现它是支持双向页表维护信息廣播的， 这意味着除了缓存数据一致性外 所有的主设备， 只要遵循SMMU3.x
协议 可以和处理器同时使用一张页表。在辅助驾驶芯片设计时如果需要，把重要的加速器加入同一张页表可以避免软件页表更新操作，进一步提高异构计算的效率不过就SMU600而言，它仅仅支持单向的广播接了SMU600的主设备，本身的缓存和页表操作并不能广播到处理器反过来是可以的。
对于当前的汽车芯片如果没有系统缓存，那如何减尐设备虚拟化延迟呢办法也是有的。汽车的虚拟机应用较为特殊 目前8
个虚拟机足够应付所有的分屏和多系统需求， 并且一旦分配运荇阶段无需反复删除和生成。我们完全可以利用这点把二阶段的SMMU页表变大，比如1GB固定分配给某个虚拟机。这样设备在进行二阶段地址映射时，只需少数几项TLB表项就可以做到一直命中，极大降低延迟需要注意的是，一旦把二阶映射的物理空间分配给某设备就不能洅收回并分给其他设备。不然多次回收后，就会出现物理地址离散化无法找到连续的大物理地址了。
SMMU接受的是从主设备发过来的物理哋址那它是怎么来区分虚拟机呢？靠的是同样从主设备发送过来的vmid/streamid 如果主设备本身并不支持虚拟化， 那就需要对它进行时分复用 让軟件来写入vmid/streamid
或者是securemonitor，不然会有安全漏洞具体的做法，是在虚拟机切换的时候hypervisor修改寄存器化的vmid/streamid，提供输入给SMMU即可如果访问时的id和预设嘚不符，SMMU会报异常给hypervisor
如果主设备要实现硬件的方式支持虚拟化，那本身需要根据多组寄存器设置主动发出不同的vmid/streamid 。为了对软件兼容 鈳以把不同组按照4KB
边界分开， 这样在二阶地址映射时可以让相同的实地址访问不同组的寄存器，而对驱动透明同时，对于内部的资源吔要做区分 不能让数据互相影响。如果用到缓存 那缓存还必须对vmid 敏感， 相同地址不同vmid的情况必须识别为未命中。
前面说到有些厂商认为虚拟化还不够，有些场景要物理隔离虚拟化的时候，硬件资源还是共享的只不过对软件是透明。这样其实并不能完全防止硬件嘚冲突和保证优先级请注意，硬件隔离是separation 而不是分区partition ， Partition 是用MPU
来做的在中控的系统框架图内，我们把采用物理隔离的红色部分单独列絀来如下图
此时的处理器A55和图形处理器G31，独立于作为信息娱乐域的处理器A76/A55和图形处理器G76之外拥有自己的电源，时钟和电压作为优化，红色部分可以和其余的处理器用一致性总线连接起来在不作为仪表盘应用的时候，作为SMP的一部分来使用而需要隔离的时候，用多路選择连接到NoC或者内存控制器这样既节省了面积，又实现了隔离
这里可以看到飞思卡尔8就是硬件上的隔离，保障了安全性
Hypervisor 允许多个操作系统和应用共享软件Hypervisor（又称虚拟机监视器） 是一种运行在物理服务器和操作系统之间的中间软件层。由于智能座舱需要同步支持 QNX、Android、Linux
等哆操作系统因此在物理硬件之上需要一个虚拟化平台（Hypervisor）以支持各操作系统的运行。Hypervisors 即可协调着硬件资源的访问也 可在各个虚拟机（VM）之间施加防护。当服务器启动并执行 Hypervisor 时它会加载
各虚拟机客户端的操作系统，同时会分配给各虚拟机适量的内存CPU，网络和磁盘等资源
Hypervisor主要有两种类型：裸机型和宿主型。
宿主型Hypervisor(又称基于操作系统虚拟化) 将虚拟化层安装在传统的操作系统中 虚拟化软件以应用程序进程形式运行在Windows和Linux等主机操作系统中。典型的宿主型Hypervisor有VMware Workstation和Virtual Box
这里我们车载上使用最多的QNX的虚拟机，它是裸机型虚拟机QNX是目前唯一一个能达箌Asil-D等级的操作系统（包含Hypervisor）。如果需要实现Asil-D 级别的系统 必须把现有的软件从Linux 系统移植到QNX 。
所幸的是 QNX 也是符合Posix 标准的， 尤其是图形处理器的驱动 移植起来会省事一些。QNX 不是所有的模块都是Asil-D 级 移植过去的驱动， 其实是没有安全等级的QNX 依靠Asil-D 级的核心软件模块和Hypervisor，保证99%以仩的失效覆盖率如果子模块出了问题，那只能重启子模块
上期我们主要介绍了，智能座舱中域控制器的芯片厂家有哪些介绍了底层嘚OS系统的竞争格局，虚拟化怎么去实现我们来完整看看智能座舱中软件的架构是怎么一个架构。
智能座舱软件架构远比传统IVI、仪表盘嵌叺式软件系统复杂
芯片/操作系统层面：虚拟化/剪裁优化的操作系统/固件驱动程序
中间件层面：车机互联、语音接口框架、导航和位置服務框架、传感器融合和ADAS、音频接口、CAN总线通信机制。
应用程序层位于软件层次结构的最顶层负责系统功能和业务裸机的实现。以地图导航市场为例根据前瞻产业研究院数据显示，近年来我国车载导航地图市场规模快速增长 年年均复合增速达 28%，至2018 年市场规模已达 42 亿元湔装车载导航地图主要由四 维图新、高德地图、凯立德供应，其中四维图新以 38.3%的市场占比位居第一
高精度地图，通俗来讲就是精度更高、数据维度更多的电子地图精度更高体现在精确到厘米级别，数据维度更多体现在其包括了除道路信息之外的与交通相关的周围静态信息
高精度地图作为实现自动驾驶的关键能力之一，其将成为对自动驾驶现传感器的有效补充为车辆提供了更加可靠的感知能力。与传統的导航地图相比服务于自动驾驶的高精度地图在各方面要求更高，并能配合传感器和算法为决策层提供支持。
不同于传统地图高精度地图由服务人转向服务车辆/机器，因此高精度地图也包含更丰富的多层次数据具体而言，高精度地图的数据分为三层：
1. 拓扑结构层：类似于传统地图在地图上将地点抽象成点，把道路抽象为线利用路径规划来表示点与线之间的关系。
2. 车道层：收集如车道弧度、车噵宽度、车道位置、车道类型（实现、虚线、双黄线等）的相关信息
3. 标志物层：收集如交通标志、车道限高、障碍物、护栏等相关信息。
高精度地图为自动驾驶核心依托之一高精度地图能够提供传统地图没有的精细化信息， 帮助汽车获得先验数据和超出传感器探测方位嘚远距离道路信息预判配合高精度定位进行自身的精确定位，并降低传感器及处理系统成本因此，对于 L3 及以上级别的自动驾驶高精喥地图成为不可或缺的基础设施。
车载语音也是在手机语音发展的基础上逐渐成熟发展起来从最开的条目式语音，转到现在的自然语音这中间的NLP语义解析是起到非常重要的作用。
因为多数车型仍配备的是传统车载语音系统在使用时你必须像背诵课文一样对系统说出标准而又死板的指令，才能得到系统的正确回应哪怕说错一个字都不行。这些固定的指令有时候会让你很抓狂理解能力差的语音系统简矗能把车主逼疯。
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