如何快速开发符合ASIL要求的车用HMI液晶虚拟仪表

作者序

英飞凌 Traveo^TM T2G系列MCU于2019年推出，凭借着高性能，低功耗，接口丰富的特点，迅速广泛用于车身控制，域控制器，信息娱乐，仪表/智能座舱等应用，受到客户的一致好评。

本文从车用图形MCU的HMI方向展开讨论，详细介绍 Traveo™ T2G-C系列MCU的 “Signature Unit” 属性和使用方法。通过本文介绍，结合其它基础资源的功能安全处理，开发人员能够快速开发出符合功能安全要求的液晶虚拟仪表。

英飞凌技术专家 闫瑶

近年来，汽车电子朝向电气化，网联化和自动驾驶方向快速发展。汽车系统的复杂度不断提升，车内零部件的数量也逐渐增加，汽车设计者对功能安全的考虑也上升到新的高度。

业界对汽车芯片功能安全的定义，ISO 26262标准的介绍以及不同ASIL等级（A/B/C/D）的分解和说明都做过详细的解读。本文不再针对通用MCU基础资源的功能安全展开介绍，如：处理器，Flash，RAM，时钟，电源，WDT，PWM及ADC等， 而从车用图形MCU的HMI方向展开讨论，并详细介绍英飞凌 Traveo^TM T2G-C系列MCU的 “Signature Unit” （见图一）属性和使用方法。

英飞凌 Traveo^TM T2G系列MCU于2019年推出，凭借着高性能，低功耗，接口丰富的特点，迅速广泛用于车身控制，域控制器，信息娱乐，仪表/智能座舱等应用，受到客户的一致好评。那么，Traveo^TM T2G 有哪些核心亮点呢？

Traveo^TM T2G核心亮点

• Traveo^TM T2G从Traveo^TM T1G的Arm® Cortex®-R5F内核演变成单Cortex®-M4/M7或双 Cortex®-M7F内核，单核主频最高350MHz, 运算能力可达1500DMIPS；
• 支持Dual Bank Flash架构以满足FOTA设计要求；
• 支持多种低功耗模式；
• 集成丰富的eMMC, Hyper Bus, CAN/CAN-FD及1Gb Ethernet等接口；
• 支持eSHE/HSM以满足信息安全的应用需求。

Traveo^TM T2G-C是 T2G系列MCU的一个子集，除了具备以上T2G基本功能外，还支持2.5D图形引擎，内置4MB VRAM，MIPI视频输入和LVDS视频输出等接口，可以满足中、大尺寸图形仪表，HUD及低成本智能座舱的应用需求。

图一 基于T2G-C 大尺寸液晶仪表方案框图

随着新能源汽车的普及，中、大尺寸液晶虚拟仪表迅速占领市场。此类仪表抛弃了传统物理指针及LED指示器，将挡位信息，车辆状态，警示图标等直接显示在液晶仪表上。这些图标及信息对车辆行驶安全起到至关重要的作用，一旦发生无法显示或显示错误（图二），将对驾乘人员的人身安全产生关键影响。所以，汽车仪表需要具备监控和检测这类 “功能安全” 图标的功能。

图二  图标的正确和异常显示示例

Traveo^TM T2G-C作为具备图形显示功能的MCU, “Signature Unit” 可以在内容丰富的人机界面中，截取选定区域中任意形状的视频流，并通过CRC校验方式检查关键图形的显示是否正常。这样可以完全满足仪表应用功能安全标准ASIL B等级的要求。那么 “Signature Unit” 由哪些功能构成，又是如何工作的呢？我们结合（图三）一起往下看：

图三 Signature Unit工作流程

首先，T2G-C这颗芯片的“Signature Unit”支持最多8个”Evaluation Windows”来实现”Signature Calculation”（“验签”）。验签操作可以在每一帧数据输出过程中选择8个window同时进行，也可以选择部分window进行。结合alpha mask可以实现任意形状的显示图形被监测，如（图四）中window 4黄色部分。当不同window发生重叠时，仅最顶层的window参与输出像素的 “验签” 。

图四

其次，”Signature Calculation”操作是将实质显示视频流的Computation Signature值与期望显示视频流的Reference Signature值做”Verify”(验证)，一旦出现不匹配并达到设定的异常计数次数，即表明有期望被显示的图形或图标没有被正确显示，芯片会有Error Event输出。根据该Error Event信息，开发人员可以根据系统的功能安全需求，对Timing Controller进行干预，将仪表显示的图像信息切换到备份的 “安全” 场景，例如将出现异常的图标设置为单一颜色进行提示，或者将整个显示界面更改为原始显示界面和安全提示界面交替显示的模式等。

实质显示视频流的Signature Computation可以取自显示控制路径下的”frame generation”, “gamma correction”, 或”dithering” 中任一环节。期望显示视频流的Reference Signature可以通过如下两种方式进行获取：

• 将待显示的正确图标完全显示出来，通过“Signature Unit”进行数据捕捉；
• 采用第三方图形工具，如”Altia DeepScreen”，对显示的正确图标进行获取。

根据以上介绍，大家可以对T2G-C芯片如何实现HMI的功能安全有一定的了解。结合其它基础资源的功能安全处理，开发人员能够快速开发出符合功能安全要求的液晶虚拟仪表。