汽车内的电子装置无疑推动了现今大多数的汽车设计创新。现在的汽车大多配有先进的影音系统、高科技且图像丰富的导航系统，以及可进行多种类型通讯的无线通讯系统。预期安全电子装置将藉由可辅助刹车、转向及避免碰撞的先进驾驶辅助系统（ADAS）向前跨出极为重要的一步。若驾驶人注意力不集中时，发生意外的风险便快速增加。根据美国国家公路安全管理局（NHTSA）统计，2008年有6000名美国人因驾驶人分心而导致死亡，另有50万人因此受伤。汽车制造商现在将注意力转移至防止意外发生，并致力于改善驾驶人的驾车体验。为了减少分心情形，关键的车辆与驾驶资讯必须显示于驾驶人前方，特别是在仪表板中。

过去用于放置机电仪表及指示灯的仪表板，现在已转变为驾驶人的新型数位资讯中心。数位薄膜电晶体（TFT）显示器的发展与成熟的可靠度、更高的讯号处理能力，以及高速数位通讯等，使类比式系统转变为数位系统显示器。现在以TFT显示器建构的仪表板仍提供基本汽车资讯，如档位、速度、油量及引擎状态，同时提供来自车外的其他资料。这些额外资讯来自全新的创新，例如360度摄影机、夜视装置、车道偏离警示、盲点侦测以及3D影像导航资料。

数位仪表板以更具成本效益及弹性的方式，整合所有汽车与安全资讯，进一步避免不必要的分心。驾驶人不再需要低头或用手摸索中控台来播放音乐、拨打电话、寻找驾车方向，或转头查看视线死角。上述所有创新功能皆已实现，驾驶人分心的情形将可减少并更专注于安全驾驶。这些新科技发展提供许多新颖诱人的选项，但是在提供关键效能并确保产品长期可靠性的同时，仍需要设计师找出创新的解决方案来控制成本。本文首先将特别指出某些汽车设计与可靠性的限制，接着检视几种数位仪表板架构，以及记忆体子系统的两难问题如何影响下一个专案计划的效能、可靠性及成本。

数位仪表板设计的难题

数位仪表板必须支援高效能、即时处理需求，如同目前消费性产品的显示器平台，同时又必须大幅提升设计的长期可靠性。汽车市场OEM（原始设备制造商）、第一阶供应商及消费者不会接受显示器故障，因为这不同于一般手机或个人电脑故障时所带来的不便。新的数位仪表板将创造易用、不分心且资讯丰富的环境，以达到更安全的驾驶。本产品必须提供上述高效能等级并提供长期操作可靠性，同时必须能够在需求极高且严酷的环境中操作（例如-40℃至+105℃的极端温度）。上述严格的汽车环境、安全与品质要求导致冗长的开发周期，在显示器技术首次运用于汽车前，这个时间有时长达三年以上。

汽车设计使用非常有系统的规划、设计及验证方式，找出并减轻操作或可靠性的问题。在上述程序中，汽车设计师通常会选择以高品质设计方法如TS16949来开发产品并符合车用电子协会（AEC）AEC-Q100严格标准的供应商。

一旦供应商推出系统并开始生产，元件供应商必须持续监控内部与外部可靠性效能并进行必要的修正动作，以达到每百万零件不合格数（dppm）为零的目标。 OEM及第一阶供应商亦期待他们的供应基地能够提供长期的产品支援与可用性；一旦汽车内嵌式系统完成部署，这通常需要极为庞大的成本，因此通常不可能为了支援短生命周期的元件而重新确认设计。在某些情况下，重新确认设计所需的成本可高达数十万美元。

数位仪表板使用越来越多充满图像的内容，因此需要具有更高阶功能的先进资讯显示系统，并且必须可靠地满足基本目标，亦即通知驾驶人基本的汽车与安全资讯。例如，数位仪表板必须几乎在驾驶人启动电源的同时就立即提供车辆目前的状态，通常会在一秒内将重要的档位资讯（即PRD123）显示于TFT上。上述仪表板必须立即启动的要求，使设计师​​必须详细调查重要系统与元件层级的效能。甚至提供看来极为简单的资讯，例如在开始行驶前发出低胎压警告，预先避免潜在的安全问题。

仪表板从类比转移至数位式系统是令人感到兴奋的，但如上所述，这将带来更多的复杂性并迫使设计师必须开发创新的解决方案以解决相互冲突的需求，例如即时效能、长期高可靠性及降低的成本。接着来看看如何以可靠且具成本效益的方式提供这些基本资讯。

图一显示高阶数位仪表板的方块图；图中的汽车中央系统单晶片（SoC）透过通讯网路及内外部记忆体大量取得输入资料以驱动TFT显示器。这些数位仪表板采用类似许多高效能消费性显示系统的架构。汽车与消费性显示平台均需具备大量记忆体以支援大量的数位内容，在现今的设计中，记忆体容量可高达2Gb，以因应3D图形内容、32位元色彩及高解析度大萤幕。

其内容通常包括大量字元集、多种字型、图形影像及对于多种语言的各种支援，以提供资讯丰富的显示系统。这里以业界标准技术产生及显示数位仪表板的讯框缓冲器（Frame buffer）。 SoC 的显示控制器将一个讯框传送至系统显示器，SoC/绘图引擎同时存取内部或外部记忆体，以取得、处理并储存讯框缓冲器中的下一组资料以便接续显示。现今的SoC需要高频宽以存取外部记忆体中可靠的程式码及资料，以提供快速的系统启动及高速的即时处理。

《图一 高阶数字仪表板的方块图》

数位仪表板架构与记忆体子系统的两难

影响内嵌式系统效能等级与可靠性的区块之一是记忆体架构与设计实作。我们将检视几种记忆体架构，以说明可利用现今技术解决的效能/成本的两难情况。首先，快速浏览图二所示的标准程式码映射记忆体架构，这对于高效能内嵌式显示系统而言是相当典型的。

系统控制器或通用处理器（GPU）具备高阶整合，包括绘图引擎、显示控制器、可选择有限的内嵌式RAM及Flash，并提供外接记忆体介面，以支援数位仪表板的高效能及高容量记忆体需求。外接记忆体可分为两种标准产品：DRAM与Flash。内嵌式系统的启动过程主要有三个处理程序：程式码/资料从Flash映射至DRAM，启动处理器、DRAM及其他主要元件，接着是执行应用程式。一旦程式码开始执行，即可显示有用资讯。此架构中有几个可削减的主要项目。SoC/DRAM高速存取能力促进高效能即时能力。系统初始启动时间主要是由映射及初始化时间决定，而影响映射时间的因素则是SoC/Flash存取频宽以及由Flash传送至​​DRAM的资料密度。

如前所述，高阶数位仪表板必须几乎在汽车开启电源的同时，立即提供目前的汽车状态。通常必须在一秒内，将档位（即PRD123）显示于TFT上。这需要能够支援高速存取、高密度及长期资料完整性的Flash记忆体，以符合基本设计与品质要求，当然还必须有采购契约以确保长期的产品供应。

《图二 标准程序代码映像内存架构》

《图三 混合数字仪表板架构》

现今的Flash供应商提供多种非挥发性记忆体（NVM）技术。最广​​为使用的两种技术是NOR与NAND Flash。这两种技术提供不同特性，例如存取能力、可靠性等级、产品生命周期以及成本。汽车SoC通常支援多种介面组态以存取外接Parallel及Serial NOR Flash，而NAND Flash介面的支援则有持续增加的趋势。

请注意SoC NAND介面极为动态的变数定义ECC支援的必要等级，特别是NAND具有快速光刻迁移（lithography migration）的现象。在NOR方面，Page与Synchronous NOR Flash仍符合上述严格的汽车需求。例如，新的高阶数位仪表板设计如Volt的E-Flex仪表板采用Freescale MPC5121e SoC及Spansion S29GL512N Flash。 Spansion GL Page Read存取可达到高速读取存取，最高传输速率可达80MB/s，有助于Volt的E-Flex达成在电源启动后一秒内显示档位（即PRD123）的需求。

车用晶片组与Flash供应商的持续创新，促成如图三所示的全新且具成本效益的混合数位仪表板架构（Hybrid Digital Cluster Architectures）。系统控制器（Freescale Spectrum）与Flash（Spansion Multi I/O SPI）可达成最佳化的TFT显示器架构，提供更具成本效益的入门级仪表板解决方案。此系统控制器执行来自内嵌式Flash的程式码，同时透过高频宽多重I/O SPI通讯协定载入来自外接Flash的图形资料。上述图形资料于讯框缓冲器中进行处理与储存，并直接显示于TFT。此创新的混合架构符合系统效能及可靠性需求，并且因为无需外接DRAM支援而能够达到成本最佳化。

请注意，此应用架构可能需要数亿次的读取周期，这将会影响如NAND之类技术的可用性。现今的NAND装置使用具有中至高读取周期应用程式的应用时，可能会出现额外的位元扰动错误。

新的多重I/O SPI通讯协定用于传送系统控制器与外接SPI Flash之间的资料。多重I/O SPI以常见的串流周边介面（SPI）为基础，并可设定存取以支援一至四个资料连线。此功能可提升原有的SPI存取能力，从低于10Mbps提高为~40Mbps。车用晶片组与Flash供应商如Freescale与Spansion均提供标准产品，让设计师可利用多重I/O SPI改良的存取频宽，并实现更好的成本点及高效能的数位仪表板。在某些情况中，采用两个Quad I/O SPI以支援连续传输速率最高达80 MB/s的效能。

推动设计创新

现今的汽车电子产品正在推动多项汽车设计创新，例如将仪表板从类比式系统转换为驾驶人的新型数位资讯中心。 TFT面板提供全新且图形丰富的使用者体验，让驾驶人掌握更多资讯并专注于安全驾驶。

这些新型汽车数位仪表板采用类似于支援高效能即时处理能力的消费性显示平台。这些高效能汽车设计具有较长的设计周期以达到长期的产品可靠性。记忆体架构与设计实作大幅影响整体系统效能、可靠性及成本。攸关安全的资讯，例如必须在启动电源后一秒内显示的档位（即PRD123）资讯，不能发生故障，也不能因为只是带来些许不便而接受故障情形。这些系统功能需要已证实具备高速及可靠性的DRAM及Flash。上述技术支援长期的快速系统启动及高效能即时处理，以显示重要的安全资讯，协助驾驶人做出安全驾驶的决策。晶片组与Flash的持续创新，将在未来促成创新且具成本效益的TFT显示系统解决方案，为所有人营造更安全的道路。

---本文由Spansion提供---