王松

摘要：在当下汽车智能化的大潮流下，针对全液晶仪表日益丰富的功能和系统安全性之间的矛盾，设计硬隔离的双系统全液晶仪表的安全架构，在满足炫酷功能的同时，不影响系统的安全性。提高用户的驾驶体验

关键词：全液晶仪表; 安全性; Linux; Nucleus

汽车的组合仪表系统，因其包含车速等需要在行车过程中一直关注的信息，是在自动驾驶来临之前，人车信息交互的重要窗口，所以安全性这一属性，一直是仪表所追求的一个关键指标，但是随着整车智能化的进度越来越高，越来越多的信息希望通过仪表展示给用户，而展示的给用户的手段也原来越智能，有丰富的动画，炫酷效果。越来越多的功能的融合，给仪表的安全性带来了极大的挑战。本论文基于“正确的核做正确事”、“正确的系统处理正确的业务”、“简单即可靠”等众多设计原则，设计一个双系统的全液晶仪表架构。

系统设计

对于整个仪表来讲，其包含了众多功能，有影响行车安全的车速、档位，报警符号的显示以及报警提示音的驱动等有功能安全要求的功能，也有多媒体，导航地图显示，以及一些人机交互提示的功能安全要求功能，如果整个系统只采用一个域来处理，那就需要讲所有的功能部署在高安全性系统上，比如QNX或者Nucleus，但是高安全性的系统封闭性和扩展性均比较差，不利于生态的构建，且日益复杂的功能越来越难以维护，基于以上我们将整个系统分为两个域RobustDomain和NormalDomain;RobustDomain 为一个高安全性的域，负责实现仪表功能安全相关功能，NormalDomain是一个高性能，高扩展性的域，负责实现仪表非功能安全相关功能。

系统的硬件架构图如下：

整个系统由MCU和MPU组成。低性能的MCU负责处理整车的总线数据，高性能的MPU负责仪表的图像渲染和显示处理。MCU我们选择NXP的通用MCU S32K144. 为了达到安全性的要求，我们选择TI J6 这个多核异构的SOC，其内部包含了ASIL-B级别的M4内核和高性能的A15内核，以及防火墙模块，可以做内核和外设的访问控制。这些特性是我们设计高安全性仪表的基础。

基于以上特性，RobustDomain部署在M4和MCU上，NormalDomain部署在A15上。两者之间通过硬件防火墙做硬隔离。同时通过防火墙使Safety Device 只能被RobustDomain访问，RobustDomain 和NormalDomain通过基于外设的IPC通讯，如下图所示：

在这样的架构下，可以实现在NormalDomain因为某种原因崩溃的时候，受防火墙的限制，并不影响RobustDomain的运行。是一个安全的全液晶仪表架构。

RobustDomain详细设计

MCU我们采用autosar 架构，负责采集仪表外部开关、传感器信息和车身CAN 总线上的数据，并将信息解析，通过板上的SPI总线和MPU交互、执行 LCD 屏以及以音频输出之外信息输出（音频输出控制、视频电路工作切换、背光自动调节等） 在车辆行驶过程中，MCU 定时更新里程信息， 将里程信息发送给 MPU 显示的同时，保存一份数据到外部存储器中。同时实现基于USD的诊断服务，参与整车的网络管理，以及整表的低功耗控制。

M4侧的OS，采用基于MentorGraphic的Nucleus 操作系统，此系统可满足ISO26262 ASIL-D的安全等级，支持posix 接口，可以做到快速启动，是做全液晶仪表的非常好的选择之一。主要负责和MCU的通讯管理，显示管理，报警声音的驱动管理，以及仪表安全相关功能显示的描画、对NormalDomain进行健康管理等。

NormalDomain详细设计

NormalDomain侧的操作系统，是采用嵌入式Linux，众所周知，Linux是目前嵌入式领域应用最广泛的操作系统，方便深入定制化，支持多种内核开发流程和管理技术，并支持 Qt（HMI程序开发框架）运行环境。仪表的 UI 界面使用可见即可得的 Qt Designer 开发环境。仪表系统对显示APP 采用 Qt Designer 设计出仪表 UI 界面文件，内部软件采用 C++、C 混合编程，可以使仪表达到非常炫酷的显示效果和开机动画显示界面。

架构结果验证

图一为正常运行时的界面。当触发linux 的软件陷阱，使NormalDomain进入崩溃状态时，系统显示结果如图二所示。

结束语

设计了一种基于双系统的全液晶仪表架构，在实现了良好的人机交互效果的同时，充分兼顾了系统的安全性，提升了整车的智能化水平，为用户提供更加优质的驾驶体验。

参考文献

[1]田磊. 嵌入式Linux 系统中基于QT 库的应用程序设计 [J]. 实验室研究与探索，2014，33（5）：84-86，115.

[2]尹梦舒.一种基于CAN总线的汽车仪表显示设计【J】.机械，2015年12期：32-35

[3]Hallinan C.嵌入式 Linux 开发（英文版）[M]. 北京：人民邮电出版 社，2008：142-145

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