恩智浦i.MX 95处理器如何推动车载HMI演进

车载人机接口 (HMI) 的持续演进正在重塑驾驶员与车辆之间的交互方式，尤其是在安全性、用户体验与自动化日益融合的背景下。恩智浦的i.MX 95应用处理器提供可扩展、符合安全标准的性能，专为复杂汽车环境设计，有力支持这一转型进程。

功能安全已成为推动HMI变革的核心动力之一。监管机构正加快制定更严格的标准，以应对日益复杂的车辆系统。

例如，欧盟新车安全评鉴协会 (NCAP) 正重点推进驾驶员监测系统 (DMS)，并计划激励能够识别驾驶员疲劳或分心状态的系统。与此同时，美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 也在考虑发布《拟议规则制定预先通知》(ANPR)，以规范可评估驾驶员参与度的监测技术。这类系统可触发一系列响应机制，如调整高级驾驶辅助系统 (ADAS) 的灵敏度或启动规避操作。Euro NCAP采用分阶段策略，强调对驾驶员状态的可靠检测；而NHTSA则聚焦于驾驶员参与度指标的探索。两者共同体现了DMS的重要性日益增加。

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随着安全性成为核心关注点，传统质量管理 (QM) 显示解决方案的局限性日益显现，尤其是在仪表板等场景中。安全关键型应用的不断增加，对显示性能提出了更高要求，而传统方案已难以胜任，亟需更强大、更可靠的显示技术加以替代。

SAE Level-3 (L3) 自动驾驶进一步凸显了HMI的关键作用。在SAE L3自动驾驶模式下，驾驶员可暂时放弃控制权，但必须随时准备无缝接管。这一控制权移交过程要求HMI提供清晰、直观的提示。人机接口必须及时、准确地传达车辆状态、环境信息及驾驶员响应情况，任何信息模糊都可能带来严重的安全风险。

强大的HMI对于SAE L3自动驾驶的安全部署至关重要。不仅要保障驾驶员持续参与，即使在非主动驾驶状态下，也需通过创新手段提升交互质量，包括触觉反馈、情境感知信息以及个性化配置文件等，远超传统的警示机制。

在创新与连接的推动下，人车交互的本质正在被重新定义。

车载人机接口的演进标志着向集成化、主动式车辆安全体系的根本性转变。通过应用先进技术并严格遵循功能安全标准，行业正迈向一个无缝、直观、安全的人车交互未来。这一进程需要所有利益相关方的协同参与。

本文以驾驶员监测系统 (DMS) 为例，重点围绕功能安全，探讨如何为不断演进的车载HMI需求设计应用处理器架构。

什么是驾驶员监测系统？

驾驶员监测系统 (简称DMS) 用于监测驾驶员行为，当检测到分心或疲劳状态时，系统会向驾驶员或车辆系统发出警示。该系统通过可靠的眼动追踪与视线检测技术，持续监测驾驶员的警觉性并识别困倦迹象。除了警觉性监测外，DMS还可根据个性化设置识别驾驶员身份。关键在于，它具备实时处理传感器数据的能力，从而实现及时预警。

尽管直接控制安全关键型ECU (如SAE L2/L3级自动驾驶系统) 并非当前讨论的重点，但DMS相关功能安全原则仍具延展性。我们将DMS定位为独立的预警系统，同时认可其未来与其他系统集成的潜力。这一定位使我们能够聚焦于DMS本身所面临的具体功能安全挑战。

为应对上述挑战，恩智浦的i.MX 95应用处理器系列提供了强有力的技术支撑。该处理器以功能安全为核心设计，符合ISO 26262:2018标准中的ASIL D系统性指标与ASIL B随机性指标，同时满足IEC 61508:2010标准中的SIL-2安全等级要求。其实时安全域可实现安全关键任务的隔离执行，即使在如DMS这类复杂的HMI环境中也能确保系统稳定可靠。

此外，该处理器架构支持“独立环境的安全芯片”(SEooC) 开发，适用于模块化安全集成。随着TÜV SÜD认证工作的推进，i.MX 95为构建可扩展、面向未来且符合安全规范的车载系统奠定了坚实基础。

驾驶员监测系统的功能安全

我们的DMS功能安全概念概述了信息流程及其对应的ASIL等级。整个流程从图像采集(ASIL-B) 和传输 (ASIL-B) 开始，随后通过图像处理 (ASIL-B) 确定驾驶员状态，分析分心、疲劳等行为特征。然后传输处理后的信息 (ASIL-B)。DMS系统可向驾驶员发出警告 (ASIL-A/B)，并/或通知其他系统采取响应措施，例如调整ADAS或发起受控停车。

图2：DMS功能概念

DMS功能需求与ASIL考虑要素

以下是DMS的关键功能需求以及ASIL考虑要素，重点突出安全性：

DMS工作流程从图像采集开始 (摄像头、分辨率、帧率、视野)

传输需安全可靠，具备足够的带宽和低延迟

图像处理 (机器学习，如CNN或LSTM) 确定驾驶员状态

准确性和处理时间至关重要

DMS可以警告驾驶员 (声音/图形警报) 并通知其他系统/触发车辆操作 (如ADAS调整)

ASIL考虑要素：

图像采集/警告 (ASIL-B)

图像处理/通知 (ASIL-B/ASIL-B(C))

ADAS/自动驾驶系统干预 (ASIL-C/D)

图3：DMS需求

DMS技术概念

在技术层面，DMS设计需重点关注以下关键要素。性能要求 (如图像分辨率、帧率、处理速度、精度与响应时间) 必须与整体系统目标及ASIL等级保持一致。高效的DMS设计需在性能、功耗与芯片尺寸之间实现平衡。可扩展性与灵活性同样至关重要，恩智浦i.MX 95处理器系列通过可扩展架构、集成安全域以及对ASIL B/D等级的支持，满足在安全关键环境中部署DMS的多样化需求。

功能安全设计还需构建强大的风险应对机制。例如，摄像头与HMI片上系统 (SoC) 可参考ASIL-B，ADAS/自动驾驶接口参考ASIL-C/D，显示与音频模块则参考ASIL-A/B。硬件与软件安全机制 (如冗余、错误检测与运行时监测) 需结合使用。操作系统的选择也需在性能与安全之间取得平衡，如采用具备安全认证的高性能实时操作系统。下图展示了HMI SoC (负责感知) 与ADAS/自动驾驶单元 (负责规划与执行) 之间的功能分离。这些元器件有助于实现稳健、高效的DMS。

图4：面向ASIL要求的系统架构旨在满足车内体验不断变化的需求。

塑造车载HMI的未来

车载HMI的发展受到多重因素驱动，包括日益提升的安全需求、用户体验优化、自动驾驶、技术进步、法规演变以及持续创新。这一趋势既带来了广阔机遇，也伴随着诸多挑战。

迈向更复杂、更安全的HMI系统，需要从技术概念到功能安全的整体性方法。驾驶员监测系统 (DMS) 正是其中复杂性的典型体现。从图像采集到系统干预，每一个环节都必须高度关注性能、可靠性与安全性。

为加快执行速度，必须通过系统到芯片层级的集成设计优化芯片执行和性能，并优先考虑功能安全。这一过程需要汽车生态合作体系中的各方协同创新，推动高集成度、高效的处理解决方案开发，例如恩智浦i.MX处理器系列所提供的架构。面向未来的HMI系统依赖于跨领域协作、严格测试与持续改进，同时充分利用专为汽车应用严苛环境设计的先进架构。

功能安全是下一代HMI系统的核心，必须全面遵循ISO 26262、SOTIF及ASIL合规要求，并贯穿整个产品开发生命周期。此外，随着AI在HMI功能中日益发挥关键作用，确保其安全可靠的集成也变得尤为重要。应对AI带来的独特安全挑战，例如遵循新兴标准ISO PAS 8800安全AI规范，将是构建用户信任、确保系统整体安全性的关键步骤。

可扩展性与可靠性是HMI实现长期成功的关键。系统需具备适应新需求的能力，能够与其他车载系统高效集成，并持续保持稳定可靠的性能。

车载HMI的未来充满希望，正逐步重塑驾驶体验并提升整车性能。通过积极拥抱技术创新、优先考虑功能安全并推动协作，汽车行业有望充分释放HMI的潜力，为更安全、更互联的驾驶未来奠定基础。

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(注：图2、3、4中的ASIL等级仅用于示意，实际要求将根据DMS在ADAS/自动驾驶系统中的具体实现和应用场景而有所不同)

本文作者

Rohitaswa Bhattacharya目前担任恩智浦系统架构技术总监，在汽车功能安全方面拥有深厚的专业知识。他在得克萨斯州奥斯汀工作，致力于为高级汽车应用定义硬件和软件解决方案，始终将架构功能安全放在首位。Bhattacharya先生在高性能SoC和混合信号IC的产品架构、设计和安全管理方面积累了超过18年的宝贵经验，其中包括10多年专注于汽车功能安全的实践。他是IEEE功能安全标准委员会拥有投票权成员，他多次发表研究出版物、专利披露，积极参加功能安全领域国际论坛的演讲，展现了他对推动汽车功能安全知识发展的热情和承诺。Rohitaswa是一名持证功能安全从业者，拥有印度Bengal Institute of Technology的理工学士学位。