汽车HMI发展，带动MCU市场的需求转变

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）汽车智能化的趋势下，智能驾驶、智能座舱等成为了汽车产品的创新核心。而为了满足这些创新需求，除了算力硬件、传感器之外，在座舱内，仪表盘HMI也越来越受到重视。
 
什么是HMI
 
HMI是Human Machine Interface，也就是所谓的人机界面，可以泛指用户与设备进行信息交换的途径，是人与计算机之间进行交换信息和对话的接口。HMI的形式可以是多样的，早期汽车的仪表盘主要是以机械指针为主，包括了车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表、充电表等，还包括各种指示灯。
 
随着显示技术的发展，仪表盘也逐渐加入了更多电气化部件，从早期的真空荧光显示屏，到LCD、OLED等，目前不少车型依然采用机械仪表结合数字仪表的HMI设计，比如车速、发动机转速等使用机械指针，车辆信息等采用LCD屏幕显示等。
 
而近几年，全虚拟仪表正在逐步在汽车上普及，即仪表盘全部信息由屏幕显示。2012年前后，特斯拉首次在汽车上应用了全液晶仪表盘，同时激进地取消了大部分座舱内的实体按钮，改为全触控操作；随后奥迪在2015年推出了全新的虚拟座舱技术，核心在于位于方向盘后方的全液晶仪表盘，并通过操作系统实现多种显示模式，比如沉浸式导航等。
 
随着智能驾驶的出现，SR界面则又成为了各大车企“内卷”的方向。所谓SR即sense reality感知现实，将车辆传感器对车辆周围现实环境的感知，以图形化的形式SR界面在汽车HMI屏幕上展示出来。
 
对于智能驾驶而言，SR界面的意义在于令用户更好地感知到车辆本身的能力边界，即用户可以通过SR界面了解到自己肉眼所见与车辆传感器所感知的现实有何差异，这样能够更好地掌握智能驾驶的使用，增强使用智能驾驶功能的信心。
 
在智能驾驶目前仍未发展至完全自动驾驶的期间，长期以来人机共驾将会是智能驾驶的关键应用场景，因此SR界面未来将会是一个重要的发展方向。
 
当然，SR界面由于对3D渲染能力、传感器感知能力的要求较高，这也成了一些电动汽车展示智能化能力的一个重要标志，能够很直观地展示出智能汽车与传统汽车的区别。
 
因此，可以看到汽车HMI系统其实分为两大部分，首先是硬件部分的包括负责任务调度、现实渲染等的CPU、GPU；负责存储的DRAM、NAND FLASH、NOR FLASH等；在传输层面的SPI/UART、 LVDS等传输接口；安全模块包括ASIL-D功能安全等级的MCU等。
 
另外就是软件部分，目前常见的汽车HMI操作系统有QNX、Linux、Android、HarmonyOS等。不过由于汽车对于功能安全的要求，实际上操作系统会有多种组合形式，包括QNX+Android、Linux+Android等。
 
汽车HMI的MCU需求
 
目前在汽车仪表盘上，一些中高端智能汽车都使用了高性能的单颗SoC、MPU等实现中控和仪表盘的HMI显示，另外也有不少低成本的HMI平台采用MCU作为计算核心。
 
对于目前主流的数字仪表来说，由于HMI对图形显示的要求较高，因此过去只支持2D的图形化显示的MCU，图形渲染能力已经不能满足需求。因此近年来，MCU厂商也开始陆续推出针对汽车HMI应用的MCU产品，其中附带更加强大的图形加速器。
 
比如英飞凌在2023年12月推出搭载新型图形引擎的全新TRAVEO T2G Cluster系列汽车MCU，这款MCU配备了专有的图形加速器，能够以MCU的成本，打造有MPU性能的仪表盘、车载信息娱乐和座舱系统。
 
T2G-C系列MCU配备了经过优化的2.5D图形引擎，可以支持1920x 1080分辨率的全虚拟仪表盘，同时该图形引擎可以将图形处理所需的内存减少三到五倍，从而降低功耗和成本。除此之外，TRAVEO T2G CYT4EN除了配备了320 MHz双Arm Cortex-M7F 内核、6MB嵌入式闪存外，还具备LPDDR4 和 eMMC 接口，可以显示复杂的3D场景，使HMI设计有更大的自由度。
 
今年3月，国内MCU厂商先楫半导体也推出了新一代数字仪表显示及人机界面系统应用平台——HPM6800系列。HPM6800系列MCU搭载了主频为600MHz的RISC-V CPU内核，算力高达1710DMIPS。在图形性能方面，该系列采用了芯原的高性能2.5D OpenVG GPU，支持OpenVG Lite图形库和2D图形加速PDMA，内置1MB RAM，支持DDR2/DDR3/DDR3L接口，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。

HPM6800

 
作为一款汽车HMI应用的MCU，HPM6800将高效的图形处理、复杂的人机界面及实时的信号控制三项功能融合并集成一体，最大限度地发挥系统效能，以单芯片MCU实现高性能的HMI显示，同时具备开发简便、启动时间低、系统功耗低等优势。
 
小结：
 
在低成本的汽车HMI应用中，MCU依然是主流的选择之一。汽车HMI的演变，同时驱动着相关上游芯片产品的升级迭代，对于汽车HMI应用的MCU产品而言，包括仪表盘、CMS等应用，则需要更强大的GPU支持，未来市场上或许会出现更多带有高性能GPU的MCU产品。