基于i.MX6Dual的三折屏組合儀表設計

李立安 任廣樂 趙幗娟

（1.愛馳汽車（上海）有限公司，上海 200090；2.愛馳汽車有限公司，上饒 334000；3.上海海事大學 物流工程學院，上海 201306）

主題詞：組合儀表 液晶屏 信息顯示 三折屏

1 前言

汽車的組合儀表是駕駛員和汽車的主要交互界面，為駕駛員提供行車過程中所需的汽車運行信息（車速、發動機轉速等）、車輛的狀態（燃油量信息、水溫信息等）、車輛行駛里程、車輛故障報警等信息，是每一輛汽車必不可少的部件。近年來，隨著屏幕顯示技術的發展及普及，汽車組合儀表的結構形式也發生了很大的變化，主要經歷了機械式組合儀表、內置斷碼屏或點陣屏的組合儀表、內置單色TFT屏幕的組合儀表、內置彩色液晶屏的組合儀表、全液晶組合儀表等5種不同的結構形態[1-2]。隨著組合儀表的結構形式的變化，組合儀表上顯示的信息也越來越豐富，在傳統組合儀表顯示內容的基礎上，增加了地圖導航信息、多媒體信息以及ADAS信息等。全液晶組合儀表的應用，打破了傳統組合儀表結構形式對儀表風格的限制，通過設計多樣化的顯示界面，可以為駕駛員帶來更豐富的信息顯示、更炫酷的視覺效果、更多樣的變化風格。近年來，各大主機廠推出的新車型也幾乎都會有全液晶組合儀表的配置，甚至有些車型全系配置全液晶組合儀表。不同的車型組合儀表在液晶屏的尺寸、形狀以及顯示界面都不完全相同，常見的全液晶組合儀表在設計過程中，通常對屏幕進行分區，從視覺呈現上，為用戶在不同的區域顯示不同的信息[3-4]。為了能夠給用戶提供更多樣的信息顯示、更清晰的分區方式，本文創新性地提出一種三折屏組合儀表的設計及實現方案，帶來一種全新的組合儀表顯示效果。

2 三折屏組合儀表的結構設計

為了能夠將組合儀表上顯示的信息更直觀、準確的呈現給駕駛員，本文設計的三折屏組合儀表由3塊液晶屏組成，中間的液晶屏尺寸為178 mm（7寸），兩邊的液晶屏為2塊107 mm(4.2寸)液晶屏，2塊107 mm(4.2寸)的液晶屏與中間178 mm(7寸)的液晶屏呈現出153°的夾角，其設計3D數據如圖1所示。

圖1 三折屏組合儀表的設計3D數據

三折屏組合儀表的外表面使用鋁硅玻璃，經熱彎工藝成型，通過高溫固化后形成所需要的形狀。在玻璃表面對其進行AG/AR/AF鍍膜處理，使其具有防炫目、防反光、防指紋的表面效果。為保證三折屏組合儀表的一體性，應用全貼合工藝，將3塊液晶屏與熱彎成型玻璃進行貼合。在貼合過程中，采用點膠工藝來保證3塊屏幕與鋁硅玻璃貼合的完整性。三折屏組合儀表采用結構和控制器一體式的設計方案，經貼合后的屏幕與控制部分連接，形成三折屏組合儀表的總成。

3 三折屏組合儀表的功能及交互定義

三折屏組合儀表在物理上做了3塊液晶屏的分割，因此可以更好地對組合儀表的功能分區進行定義，從而能夠更直觀地將信息進行分類顯示。定義三折屏組合儀表的左側為行車電腦顯示屏，中間為行車信息顯示屏，右側為媒體信息顯示屏，如圖2所示。

三折屏組合儀表左側屏幕作為行車電腦顯示屏，主要顯示車輛的行駛狀態信息，包括行車電腦、瞬時電耗曲線、車輛狀態、胎壓信息以及歷史故障信息等。右側的屏幕作為媒體信息顯示屏，主要顯示多媒體信息，包括導航畫面投影、多媒體播放信息、藍牙電話信息、天氣信息等。中間屏幕作為行車信息顯示屏，主要顯示車速、檔位、電量、續駛里程、時間、駕駛模式、功率、ADAS駕駛輔助等車輛行駛過程中的關鍵信息。

三折屏組合儀表每一個屏幕的信息顯示畫面，可以通過方向盤上的控制按鍵進行切換，用戶在實際使用過程中，可以根據自己的喜好，自由設置每一個屏幕顯示的內容，從而最大程度地為用戶提供便利。

圖2 三折屏組合儀表的顯示內容

4 三折屏組合儀表的硬件實現方案

為保證三折屏組合儀表流暢的運行速度以及良好的圖形顯示，需要選擇一個具有較強圖形處理能力以及靈活接口的處理器。恩智浦(NXP)公司的i.MX 6系列應用處理器是一個功能和性能可擴展的多核平臺，廣泛應用于消費、工業和汽車領域，具有廣泛的集成度和節能處理能力，可勝任領先的3D和2D圖形及高分辨率視頻處理，從而提供一種全新水平的多媒體性能，以實現良好的用戶體驗[5]。i.MX 6Dual系列具有一個雙核平臺，運行頻率最高可達1.2 GHz，配備1 MB L2緩存、圖形硬件加速和64位DDR3或2通道、32位LPDDR2支持。i.MX 6Dual處理器具備強大的圖形加速能力以及靈活的接口，適用于組合儀表的設計，因此本文設計的三折屏組合儀表采用i.MX 6Dual作為核心處理單元，以達到高效的控制能力、強大的圖片處理能力與高清視頻呈現能力。

利用i.MX 6Dual實現的三折屏組合儀表的硬件方案架構如圖3所示。i.MX 6Dual通過一路RGB信號驅動中間178 mm（7寸）液晶屏，通過兩路LVDS信號驅動兩側的107 mm(4.2寸)液晶屏。i.MX 6Dual外接一路LVDS視頻輸入，車機端的串行器將信號串行傳輸，并從儀表端的解串器轉化為LVDS信號，輸入至i.MX 6Dual中。同時采用IIC接口完成視頻控制信號的交互。通過i.MX 6Dual處理（裁剪、渲染等）之后，將RGB888格式的信號內容傳至屏幕完成視頻或導航投影。EMMC用于存儲Linux操作系統的HMI APP程序；RAM為運存，是與CPU直接交換數據的隨機存取存儲器。MCU作為儀表的控制系統用于讀取CAN數據、監測電源信號以及其它車身信號，可做網絡管理、診斷、屏幕背光控制、揚聲器驅動等控制功能，并將信號處理轉發或產生新的控制信號發送至i.MX 6Dual，以供i.MX 6Dual做出相應的HMI響應。其外設芯片EEPROM可存儲診斷、ODO、車身配置等信息，EE?PROM掉電不丟失數據，存儲壽命長，可保證重要數據穩定可靠的存儲。Power Module電源模塊由單片機供電并控制，作為電源管理芯片為其它的單元（顯示屏、i.MX 6Dual、各種存儲芯片等）分別供電，以達到如果部分單元出現問題，組合儀表的關鍵部分仍然能夠運行，并且能根據反饋的故障信號進行報警等。

圖3 三折屏組合儀表的硬件架構

5 折屏組合儀表的軟件實現方案

三折屏組合儀表有2個處理器單元，分別為：MCU和i.MX 6Dual。其中MCU單元內運行RTOS實時操作系統，同時i.MX 6Dual內運行Linux系統，2個單元和系統之間，通過SPI進行通信，各司其職，其框架如圖4所示。其中，MCU運行的RTOS系統因其高穩定、低延時、啟動快等特點，負責整機的電源管理、整車網絡通訊、診斷、儀表指示燈點亮邏輯、聲音報警邏輯、行車電腦計算等主要功能。i.MX 6Dual內運行的Linux系統，通過SPI實時與MCU RTOS系統進行通訊，拿到指令后，實時進行上層UI/UE的繪制，并進行顯示。Linux系統根據實際功能使用進行裁剪，保證系統性能穩定、高效、可靠，使3塊液晶屏都可以實現60 Hz的刷新率，保證流暢的體驗。整機搭載的內置揚聲器由Linux系統驅動，可以最大程度地保證儀表報警聲音與圖標閃爍的一致性。

三折屏組合儀表設計開發軟件采用看門狗機制，MCU系統可實時對Linux系統進行監控。滿足一定條件后，如Linux系統超時沒有給MCU系統回應，即可對Linux系統進行重啟操作，保證儀表系統的穩定運行及自我恢復。

在三折屏組合儀表清晰的物理顯示分區的基礎上，Linux系統通過LVDS解串，從IVI的安卓系統獲取輔助顯示畫面，在右側屏幕上進行實時投屏顯示，既提升了儀表內容的豐富性，又因畫面描繪工作均由IVI進行，不會浪費儀表硬件資源，保證系統運行穩定。

圖4 三折屏組合儀表的框架

OTA為當代智能汽車的明顯標志，三折屏組合儀表同樣具備該屬性。通過與IVI連接的LVDS線束，利用TI FPD-Link技術協議中的SPI通道，三折屏組合儀表可從IVI內的OTA控制中心獲取升級包，i.MX 6Du?al完成自身升級的同時，從整包升級包中拆分出MCU的升級包，通過SPI傳輸至MCU系統進行升級。

6 三折屏組合儀表的實物

三折屏組合儀表實物如圖5所示，按設計的顯示方案，左側行車電腦顯示屏，主要顯示車門開閉狀態、行車電腦、胎壓信息以及歷史故障信息等。右側的屏幕作為媒體信息顯示屏，其顯示內容由IVI繪制，實現了導航畫面投影、多媒體信息、藍牙電話信息、天氣信息等的顯示。中間屏幕作為行車信息顯示屏，主要顯示車速、檔位、電量、續駛里程等車輛行駛過程中的關鍵信息。三折屏組合儀表顯示分為3種顯示模式，即簡約模式、傳統模式和智能駕駛模式。簡約模式如圖5（a）所示，主要突出顯示車速、檔位、駕駛模式等關鍵信息。傳統模式如圖5（b）所示，主要顯示車速信息，增加類似傳統表盤的顯示方式，更直觀，更形象。智能駕駛模式如圖5（c）所示，重點突出智能駕駛相關信息，能夠顯示智能駕駛模式下的車道偏離、車道保持、跟車距離、駕駛模式等重要的信息。

圖5 三折屏組合儀表顯示模式

7 總結

本文提出并設計一種新型的三折屏組合儀表，并對其結構、功能及交互方式進行分析和設計，利用i.MX 6Dual作為處理器實現三折屏組合儀表的硬件方案，并在i.MX 6Dual內運行Linux系統，在MCU內運行RTOS系統實現三折屏組合儀表的軟件方案。三折屏組合儀表能夠通過物理分區，實現信息顯示的靈活性、豐富性并避免信息顯示的無序。本文設計的三折屏組合儀表，已經通過硬件的試驗驗證以及軟件的系統測試，并隨某車型量產，得到了用戶的好評，也為汽車組合儀表的設計增加了一種新的實現方式。

未來可以通過升級三折屏組合儀表的主控處理器來實現更高的處理能力、更清晰的畫面顯示以及更豐富的顯示內容。同時，三折屏組合儀表的左右屏幕，可以作為流媒體外后視鏡的顯示屏幕，通過增加兩個外后視鏡攝像頭，實現流媒體外后視鏡的功能。