汽车仪表控制器的电路分析与主控方案

【导读】在新能源汽车的推动下，汽车仪表系统也变得愈发多元化。传统的机械式指针仪表被LED屏幕仪表替代，体现友好的HMI界面，多功能高精度、高灵敏度、接口丰富且可扩展性强的电子数字显示及图像显示的仪表已成为主流。快包分析师对现代汽车仪表的控制器电路进行了分析。同时，针对汽车仪表的应用场景推荐基于先楫半导体HPM6800 系列 MCU 的数字仪表主控方案与基于先楫HPM6750 汽车仪表显示屏开发板方案。

仪表控制器电路分析

电子控制器是汽车仪表系统的核心部件，主要由微处理器、输入接口电路和显示驱动电路等组成。

（1）微处理器

汽车电子仪表系统以微处理器为核心，利用来自不同传感器的模拟信号或数字信号通过中央处理器的运算处理，最后电子仪表显示器显示所有信息。汽车电子仪表系统能准确、迅速地处理各种复杂信息，并能以数字、文字或图形的形式显示出来，并能向驾驶员发出汽车各种工作状态的信号和故障信息。

方案一：基于先楫半导体HPM6800 系列 MCU 的数字仪表主控方案

图1：系统架构框图

HPM6800 系列 MCU 是先楫半导体推出的一款高性能、专注图像显示的 RISC-V 内核微控制器。该系列产品主频600MHz RISC-V CPU内核，支持双精度浮点运算及强大的DSP扩展，算力1710DMIPS，支持扩展内存DDR2-800，DDR3/DDR3L-1333，配备2.5D OpenVG GPU，MIPI、LVDS双屏显示接口及双摄接口，单芯片MCU开发简便，启动时间低至百毫秒，系统功耗低，可应用于数字仪表显示和人机界面领域。

芯片优势

（1）先楫半导体HPM6800系列产品主频高达600MHz，内置RISC-V内核，算力高达1710DMIPS。

（2）采用了高性2.5D OpenVG GPU，支持OpenVG Lite图形库和2D图形加速PDMA。内置1MB SRAM，支持DDR2/DDR3/DDR3L接口，2个SD/eMMC控制器，提供高效的内存管理。

（3）集成2组 4 Lane MIPI-DSI/LVDS-Tx 显示接口和2组 2 Lane MIPI-CSI/LVDS-Rx 摄像头接口，满足多种图像连接需求。

（4）集成JPEG编解码器。

（5）4路音频输出，多路语音及麦克风接口。

（6）1路千兆以太网，1个2Msps 16位高精度ADC。

（7）丰富外设：1路高速USB，8路CAN FD，9个UART，4个SPI，4个I2C。

（8）集成AES128/256,SHA256加速引擎和硬件密钥管理器，支持固件软件签名认证，加密启动，加密执行；可防止非法的代码替换，篡改或复制。

（9）单芯片MCU开发简便，启动时间低至百毫秒，支持各种低功耗模式。

（10）符合车规AEC-Q100 等级 2。

应用场景

先楫HPM6800系列集高算力、低功耗、高集成度和出色多媒体能力等特点，是一款特别适合于带复杂图形图像处理、数字仪表显示、高性能多媒体用户界面应用的新一代应用平台。其中，HPM6800高度集成的特性，无需电源管理子系统，有助于降低系统成本。适合以下目标应用，但不仅限于这些应用：

（1）汽车仪表/摩托车仪表/工程车仪表

（2）人机交互界面（HMI）

（3）电子后视镜（CMS）

（4）车身域控（ECU）

（5）车载通信终端（TBOX）

（6）网关（Gateway）

（7）智能管理系统平台

（8）视觉/语音辅助产品

（9）工业相机

（10）高端医疗设备

HPM6800数字仪表应用实例

方案优势

（1）快速开机：冷启动小于100ms，并于500ms内显示第一屏内容。

（2）最高1920*1080 分辨率，实现最高60fps的指针刷新，30fps的路况信息刷新。

（3）支持视频输入，可实现倒车视频，中控互联交互功能。

（4）商业级HMI图形软件，所见即所得，提高开发效率。

（5）量产级底层SDK软件包和中间件，可选适配完成的UDS软件协议栈。

（6）支持OTA升级。

（7）提供一站式服务合作模式：含仪表方案开发板、核心板、专业的汽车仪表开发团队技术支持，具备实现Turnkey 交付的能力。

（2）输入接口电路

输入接口电路包括输入信号选择开关和信号处理电路等，用于对传感器输入信号的选择和对输入信号的处理，信号处理电路包括A/D（模拟／数字）转换器、放大器、滤波器、整形电路等。由于微处理器处理的都是数字信号，而各种传感器检测到的信号都为模拟信号，所以电路中设置了A/D（模拟／数字）转换器，A/D转换后的信号要通过滤波器去除杂波，通过放大器进行信号放大，往往还要通过整形电路对信号作进一步的处理后，再提供给微处理器。

此外，输入接口电路中还设置了CAN接口电路，用来接收汽车上其他电子控制系统检测到的各种车辆状态信息，供仪表电子控制器进行处理与显示。采用CAN总线的仪表电路只使用两根双绞线作为信号传输线，使仪表导线大大减少，但输入的信息量却大大提高。

（3）显示驱动电路

显示驱动电路包括信号选送开关、信号处理电路和功率放大电路等，用于对微处理器输出信号的选送与处理、D/A（数字/模拟）转换，以及信号的功率放大等。

方案二：基于先楫HPM6750 汽车仪表显示屏开发板

基于先楫HPM6750 车屏多图层演示开发板，支持10.1英寸的仪表显示屏，分辨率高达1280x480，超过了60万像素。拥有独立自主知识产权的显示系统，包括8图层混合显示控制器，以及2D图形加速单元，成功实现了动态流畅的显示车辆行驶的各种关键信息，包括车辆的速度，发动机转速，油箱的状态等等，还包括了一些行驶的辅助信息，如当前的时间，安全带的状态，转向灯信息等。显示屏局部的图层刷新可由硬件完成，限制降低CPU负荷，显示的刷新率超过了60帧每秒。本方案在HPM微控制器多图层和PDMA的加持下，轻松实现流畅效果。主要应用于汽车仪表显示屏。

芯片优势

（1）高性能CPU:双RISC-V内核，主频816MHZDSP+FU架构提高算法效率，适合实时信号处理

（2）支持2D图形加速

（3）4组电机驱动系统，支持同时驱动4个各型电机

（4）支持1280*480分辨率，60FPS的RBG显示

（5）支持双目摄像头

（6）温度范围在-40~105℃

（7）车规级验证AEC-0100 G1

应用场景

（1）电机控制

（2）显示系统

（3）音频设备

（4）工业PLC

（5）工业网关

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快包项目推荐

项目名称：仪表界面开发

项目详情：

1、负责车载仪表盘应用软件开发工作；

2、在Linux/QNX/Android/RTOS操作系统上结合界面UI/UE开发仪表显示界面应用软件；

3、接收CAN协议并解析，在应用界面上动态显示数据，比如车速、续航里程等；

4、使用Qt(qml)/Kanzi/Cocos开发汽车仪表2D/3D UI,如2D/3D表盘、3D ADAS 界面；

5、性能调优，cpu/gpu/ram资源占用优化；

6、熟悉3D/2D UI开发, 熟练掌握Qt或Kanzi或Cocos;1、负责车载仪表盘应用软件开发工作；

2、在Linux/QNX/Android/RTOS操作系统上结合界面UI/UE开发仪表显示界面应用软件；

3、接收CAN协议并解析，在应用界面上动态显示数据，比如车速、续航里程等；

4、使用Qt(qml)/Kanzi/Cocos开发汽车仪表2D/3D UI,如2D/3D表盘、3D ADAS 界面；

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6、熟悉3D/2D UI开发, 熟练掌握Qt或Kanzi或Cocos。

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