應用處理器連接汽車(chē)和消費電子兩大領(lǐng)域

　　汽車(chē)信息娛樂(lè )市場(chǎng)正在經(jīng)歷非?？焖俚募夹g(shù)和用戶(hù)期望變化，這是因為汽車(chē)行業(yè)越來(lái)越多的受到便攜和移動(dòng)消費電子技術(shù)的影響，其變化速度遠遠超過(guò)汽車(chē)信息娛樂(lè )的變化速度。正是由于有了像MP3播放器、手機和便攜式導航器件（PND）這樣的便攜式消費電子器件，用戶(hù)才隨時(shí)隨地可以享受娛樂(lè )、通信和信息服務(wù) ，這意味著(zhù)客戶(hù)現在有望在他們的車(chē)里使用直觀(guān)連接和最新消費功能。

　　汽車(chē)娛樂(lè )和信息系統應以一種直觀(guān)、無(wú)縫方式連接到消費電子器件。來(lái)自便攜式器件的音樂(lè )應通過(guò)內置車(chē)載音頻系統進(jìn)行播放。移動(dòng)電話(huà)應通過(guò)內置免提電話(huà)系統接入和使用。

　　隨著(zhù)新器件及其使用在消費電子中變得越來(lái)越普遍，車(chē)載系統也應跟上這種趨勢。用戶(hù)界面應體現消費電子的可用功能，例如高清晰彩色屏幕和動(dòng)畫(huà)。還應升級汽車(chē)系統，以保持與最流行的便攜式器件的連接。

　　除此之外，安全立法和數字廣播也增加了汽車(chē)信息娛樂(lè )系統的復雜性和變化速度。立法者越來(lái)越多地將其注意力轉移到涉及到使用手持移動(dòng)電話(huà)的道路交通事故數量上。在很多國家，開(kāi)車(chē)時(shí)打電話(huà)已經(jīng)被定為非法，除非駕駛員使用語(yǔ)音自動(dòng)免提系統。另外，現代車(chē)載系統（不僅僅是信息娛樂(lè )系統）的數量和復雜性使設計出不會(huì )不適當干擾駕駛員的用戶(hù)界面更加復雜，而這一難題的答案似乎就是語(yǔ)音識別。

　　在數字廣播中，新的音頻廣播格式（如衛星和陸地數字無(wú)線(xiàn)電（如HD、DAB、Sirius/XM和DRM））和數字移動(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(chē)內無(wú)線(xiàn)接收的外觀(guān)。這些格式中的大多數也能夠進(jìn)行數據傳輸。

　　要部署這些功能，維持汽車(chē)業(yè)的高可靠性和易用性預期，汽車(chē)制造商開(kāi)始求助經(jīng)過(guò)驗證的消費電子平臺，因為它們已經(jīng)適應了汽車(chē)用途。飛思卡爾的基于 ARM的i.MX應用處理器系列已經(jīng)成為便攜式電子的生力軍，正幫助汽車(chē)信息娛樂(lè )系統設計師應對上述快速變化。

汽車(chē)信息娛樂(lè )市場(chǎng)

　　據分析師預測，汽車(chē)連接市場(chǎng)將快速增長(cháng)。據TRG（Telematics Research Group）2007年8月的調查 ，與Bluetooth手機和便攜式音樂(lè )播放器的連接正成為一種必備技術(shù)。根據即將出爐的2008年北美100款年度車(chē)型調查：

　　* 70%的車(chē)型提供藍牙免提界面

　　* 80%的車(chē)型提供導航

　　* 50%的車(chē)型提供便攜式媒體播放器連接

　　* 90%的車(chē)型提供輔助音頻輸入或Flash卡接口

　　* 20%的車(chē)型提供USB

　　* 30%的車(chē)型提供后視相機

　　此外，Telematics Research Group還發(fā)現，80%的已經(jīng)公布的MY08車(chē)型將導航作為標準或可選設備提供。最近出現的便攜式導航設備銷(xiāo)售高峰也在一定程度上助長(cháng)了車(chē)載導航需求，并幫助用戶(hù)樹(shù)立導航及其益處的意識。根據Strategy Analytics的預計，到2013年，汽車(chē)藍牙免提系統市場(chǎng)的銷(xiāo)量每年將達到1.16億套。

　　Strategy Analytics還預測，到2013年，汽車(chē)導航系統市場(chǎng)的銷(xiāo)量每年將達到近2000萬(wàn)套。數量低于藍牙設備，這主要是因為導航系統的可用性高于藍牙（ 80%對 70 %），但“使用率”低于藍牙。之所以預測導航系統“使用率”（那些將導航系統作為一個(gè)選件的汽車(chē)購買(mǎi)者的比例）較低，是因為它的成本相對較高。然而，如果車(chē)載導航系統的成本可以降低，導航系統使用率可能大幅提高。而這正是飛思卡爾 i.MX汽車(chē)解決方案所解決的一個(gè)問(wèn)題。

跟上消費者的步伐

　　便攜式消費電子器件通常只有9-18個(gè)月的生產(chǎn)周期，而正常情況下汽車(chē)的生產(chǎn)周期至少是5年。此外，便攜式器件的開(kāi)發(fā)周期也比汽車(chē)短得多（1-2年對3-5年），因為汽車(chē)具有更嚴苛的環(huán)境、安全和質(zhì)量要求。這種對立不大可能改變，因為對內置信息娛樂(lè )系統來(lái)說(shuō)，消費者會(huì )將任何質(zhì)量缺陷與他們對汽車(chē)的總體滿(mǎn)意度聯(lián)系起來(lái)，因此汽車(chē)制造商不能對他們的質(zhì)量標準下降坐視不管。同樣，便攜式電子市場(chǎng)似乎仍受功能、款式和競爭的推動(dòng)，從而使產(chǎn)品生命周期更短。

　　因此，汽車(chē)信息娛樂(lè )系統供應商面臨著(zhù)如何跟上便攜式電子快速變化的挑戰，同時(shí)繼續重視他們自己的嚴格質(zhì)量標準和型號壽命周期。對復雜的以軟件為中心的系統的空前需求促使汽車(chē)制造商采用經(jīng)過(guò)驗證的消費電子平臺，這也有助于確保中間件和DRM軟件能夠兼容現有消費電子器件。

差分

　　一級汽車(chē)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)品與競爭對手的產(chǎn)品中差分開(kāi)來(lái)。要做到這一點(diǎn)，一級汽車(chē)電子供應商需要在強大而靈活的底層系統架構基礎上，盡可能進(jìn)行差分技術(shù)投資。

　　對于汽車(chē)制造商來(lái)說(shuō)，他們需要以富有吸引力的價(jià)位提供最新信息娛樂(lè )系統，跟上便攜式消費電子領(lǐng)域的最新發(fā)展。

　　為了應對上述挑戰，飛思卡爾開(kāi)始將其大獲成功的 i.MX系列多媒體應用處理器推向汽車(chē)信息娛樂(lè )市場(chǎng)。精選器件通過(guò)“汽車(chē)加固”流程，確保它們達到汽車(chē)應用的嚴格質(zhì)量要求，包括AEC-Q100質(zhì)量標準。同樣重要的是，要再利用和調節消費電子領(lǐng)域的軟件解決方案，確保汽車(chē)信息娛樂(lè )系統緊跟消費電子系統的功能。

軟件

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

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

開(kāi)放式操作系統支持

　　很多汽車(chē)客戶(hù)都被“開(kāi)放式”操作系統所折服，因為它能夠標準化和重復使用第三方應用軟件。在汽車(chē)應用中，客戶(hù)首選的開(kāi)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(lái)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(lái)自 QNX。飛思卡爾及其第三方生態(tài)系統還提供很多中間件，例如多媒體編解碼器。

多媒體軟件套件

　　針對中低音音頻和連接應用，飛思卡爾提供其自己的運行在實(shí)時(shí)操作系統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、文件系統和電源管理，用于包括USB、CD、 HDD、SD卡在內的各種連接選項。藍牙和Wi-Fi 連接由第三方合作伙伴支持。TRIO的內存占用空間非常小，深受那些正在尋找最低系統成本的客戶(hù)的青睞。

硬件

　　i.MX系列信息娛樂(lè )處理器源自飛思卡爾非常成功的基于A(yíng)RM的移動(dòng)應用處理器系列，架構也類(lèi)似我們的手機基帶器件，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用軟件。飛思卡爾的i.MX硬件設計依據以下主要原則：

　　* 單一高性能CPU。這能簡(jiǎn)化軟件開(kāi)發(fā)，讓客戶(hù)將精力集中在差分軟件上。開(kāi)發(fā)工程師無(wú)需處理與多個(gè)嵌入式內核有關(guān)的復雜開(kāi)發(fā)工具和實(shí)時(shí)依存關(guān)系。行業(yè)標準ARM CPU用于支持各種成本和業(yè)績(jì)點(diǎn)。

　　* 經(jīng)濟高效的加速器。針對大多數計算密集任務(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)現外部?jì)却鎺挼淖钣行褂?、以及高度的并行和先進(jìn)的電源管理技巧，我們對架構進(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(xiàn)事務(wù)，而不會(huì )出現沖突或等待狀態(tài)。

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

安全

　　信息娛樂(lè )系統必須能夠執行安全的加密方法，以便處理受數字權利管理（DRM）保護的媒體，確保專(zhuān)有位圖數據不能復制，實(shí)現安全的軟件升級。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)，確保安全地執行加密軟件，防止非授權接入。這種安全技術(shù)還可用來(lái)驗證正執行軟件的起源，在實(shí)現軟件現場(chǎng)升級的同時(shí)，還能夠防止加載未經(jīng)授權的代碼。

圖形

　　圖形處理是計算最密集型任務(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能夠執行alpha混合、圖像旋轉和硬件縮放。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，能夠實(shí)現133Mpixel/s的速度，同時(shí)為2.5-D地圖繪制和用戶(hù)界面提供強大加速功能。使用硬件種內置的16X多重采樣抗鋸齒（MSAA），圖形加速器可以直接繪制直線(xiàn)、曲線(xiàn)、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(hù)界面工具。此外，還提供了符合OpenVG1.1和DirectDraw應用編程界面要求的圖形驅動(dòng)程序。i.MX系列中的其他處理器則提供兼容OpenGL API的強大3D圖形加速功能。

音頻和語(yǔ)音

　　憑借其DSP指令擴展、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(guò)優(yōu)化的MP3編碼器則運行在不到50 MHz的帶寬內。對于語(yǔ)音處理，回聲消除需要約50 MHz，而語(yǔ)音識別也可以從 i.MX35的有效緩存和內存架構中獲益。當使用浮點(diǎn)單元進(jìn)行了優(yōu)化后，語(yǔ)音識別的語(yǔ)音命令識別速度最快可達競爭解決方案的5倍。i.MX35還有一個(gè)異步音頻采樣速率轉換器（ASRC），它可以轉換硬件中最多10個(gè)聲道的音頻。這在汽車(chē)系統中非常有用，因為在汽車(chē)系統中，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%的計算采用i.MX IPU加速，相當于A(yíng)RM11性能超過(guò)1.2 GHz。 i.MX31處理器上，特定格式的視頻解碼實(shí)際上在軟件中執行。ARMv6指令擴展和優(yōu)化內存架構意味著(zhù)ARM11能夠在軟件中執行高達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(lái)運行其他任務(wù)。

　　該圖顯示了為解碼和顯示采用H.264標準壓縮的視頻流而必須執行的不同任務(wù)。除了解碼 H.264數據流，還必須對由此得到的視頻進(jìn)行大小調整、旋轉，從YUV格式轉換到RGB格式，并用 HMI圖形重疊。左側的餅形圖顯示了如果這類(lèi)任務(wù)均在軟件中執行時(shí)CPU負載的百分比。我們可以看到，H.264解碼和H.264內回路解鎖功能只占用38%的
CPU負載。

　　該餅形圖顯示了i.MX31的 IPU如何能夠在硬件中執行全部非解碼功能，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(kāi)發(fā)使用前沿技術(shù)，從一開(kāi)始就采用高質(zhì)量設計方法，力求交付符合要求的器件。i.MX31和i.MX31L器件最近剛剛通過(guò)了AEC-Q100標準認證。AEC-Q100標準由汽車(chē)電子設備委員會(huì )制定，其中包括一系列集成電路必須滿(mǎn)足的壓力測試，確保OEM在苛刻的汽車(chē)環(huán)境提供一致的質(zhì)量和可靠性。

　　在i.MX應用處理器開(kāi)始在汽車(chē)應用中批量生產(chǎn)前，數以百萬(wàn)的i.MX應用處理器已經(jīng)隨消費器件銷(xiāo)售出去了，這意味著(zhù)軟件和硬件已經(jīng)達到成熟質(zhì)量水平。作為汽車(chē)市場(chǎng)排名第一的半導體供應商，飛思卡爾深知汽車(chē)行業(yè)要求，客戶(hù)知道他們可以依賴(lài)i.MX31處理器，為他們提供一致、可靠的高質(zhì)量。利用其專(zhuān)業(yè)的售后設計整合支持，飛思卡爾為這一質(zhì)量提供保證。

電源管理

　　飛思卡爾 i.MX處理器的設計初衷就是低功耗。由于采用了來(lái)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爭性信息娛樂(lè )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(hù)在嵌入式導航和便攜式售后市場(chǎng)導航器件中使用相同的 i.MX平臺用于，從而節約開(kāi)發(fā)成本。

結語(yǔ)

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