2021奥迪座舱系统剖析

2021年奥迪大改款,座舱系统全线升级,车机从以前的MIB2+High升级为MIB3 TOP,主控芯片从高通820A换为三星Exyons 8890。仪表由一代FPK升级为二代。部分车型如Q3,在2020年已经完成升级。
先来看仪表,奥迪称之为虚拟驾驶舱Virtual Cockpit。低配为10.25英寸,高配12.3英寸。仍然由博世汽车多媒体公司提供。与一代FPK类似,只是主控芯片从英伟达的普通封装Tegra 3升级为集成存储封装的Tegra 4。Tegra4是2013年1月推出的芯片,用在仪表领域还凑合。日本JDI供应的12.3英寸显示屏,一代分辨率为1440*540@30帧,二代升级为1920*1080@60帧。
FPK二代拆开如上图。左边是32针连接器,包括了RFID连接,中间是基本已经淘汰的MOST连接器。右边是从车机过来的LVDS信号连接器。右边散热片下面是Tegra 4,最右边还有个散热风扇。
去掉散热片可以看到Tegra 4。

PCB板背面

二代FPK简化了设计,取消了一代的Tegra3独立PCB板,合成为一片PCB板。其余改变很小,主要元件包括Cypress的MB9DF125,这实际是日本富士通2012年的产品,Cypress通过收购获得了富士通的MCU业务。
MB9DF125代号Atlas-L,是全球首款支持3D仪表显示的车规级MCU。MB9DF125采用ARM Cortex-R4内核,支持HSE硬件安全扩展和Autosar,运行频率128MHz,DMIPS为200。Xilinx的XASpartan-3E 系列FPGA即XA3S100E做接口处理,这是Xilinx在2009年推出的90纳米FPGA,价格便宜,不到2美元。还有NXP的CAN收发器(Phy)TJA1042,德州仪器的MOST物理层SN65HVDA195,Microchip的MOST控制器OS81118。还有一颗Cypress的GL512S11DHA02,容量512Mb的Flash存储器。
仪表乏善可陈,了无新意,车机倒是值得一提。上一代MIB2+ High主要是有三星哈曼提供,这一代则由安波福提供。德国与波兰安波福设计,西班牙安波福生产制造。和上一代模块式设计一样,新一代MIB3 TOP还是如此,将媒体处理(奥迪称之为MMX)和收音导航(以前奥迪称之为RCC,现在叫RSC)分开,上一代收音导航是德州仪器的Jacinto 6,MCU则升级为瑞萨的V850系列。
奥迪的MIB3 TOP工程样机在2019年8月就已经问世,2020年10月新一代A3已经在欧洲上市,因此MIB3 TOP不大可能使用三星Auto V9。搭载Auto V9的量产车恐怕要到2025年甚至2026年才有上市。
奥迪之所以选择三星而放弃高通,可能有成本的因素,但最主要还得从软件说起。新一代奥迪座舱系统最大的改动就是从Genivi改为AGL,即汽车级Linux。AGL成立于2016年1月,但是第一版AGL发布是在2014年的6月30日,实际上就是Tizen的修改版,Tizen源自三星,Tizen是三星电子开发的一款基于Linux核心的开放源代码移动操作系统,可适用设备包括智能手机、平板电脑、智能手表、上网本、车载信息娱乐设备(IVI)和智能电视。该项目最初由Linux基金会以及LiMo基金会合力推出,目的在于取代MeeGo与LiMo平台。在Linux基金会中,由技术指导小组(TSG)管理。
目前三星是唯一推出使用 Tizen 设备的业者,也是 Tizen 的最大支持者。至 2017 年末,Tizen 是世界第二大智能手表操作系统,仅次于苹果 watchOS,比基于 Android 的 Wear OS 还要多。2011年9月,三星和英特尔与Linux基金会宣布致力在2012年开发出Tizen,2012年1月1日,LiMo基金会更名为Tizen协会。大概在2015年,Tizen就基本没人支持了,但是AGL开始慢慢起来。这也算是失之东隅,收之桑榆。
现在AGL的白金会员都是日本厂家,分别是电装、瑞萨、马自达、松下、铃木和丰田。黄金会员只有一个,就是本田。白银会员有6家,分别是爱信精机、亚马逊、奔驰、福特、高通和上汽。三星只是青铜会员,但依靠早年Tizen的丰富经验,三星获得了奥迪与大众的青睐,毕竟AGL脱胎自Tizen,而Tizen最熟悉的莫过三星。AGL的青铜会员中中国厂家有中国移动、德赛西威、联发科、东软、中科创达。当然,瑞萨对AGL的支持力度也很大,但瑞萨最顶级的座舱芯片R-CAR H3跟Exynos8890差距不小,奥迪最终选择三星。
目前采用AGL的车型主要有丰田凯美瑞、马自达3和斯巴鲁傲虎及力狮。还有一款奔驰的MPV。
大众在2019年4月加入AGL,大众未来也极有可能选用AGL做车机系统。大众应该会选瑞萨做合作伙伴。目前大众的电动车MEB平台中ICAS1处理器选用的主芯片就是瑞萨M3。
三星Exynos8890推出于2015年11月,14纳米工艺,采用8核设计,4个M1大核,4个A53小核,CPU算力63K DMIPS。GPU为12核MALI-T880,算力为398GFLOPS,运行频率600MHz。
奥迪MIB3TOP 之MMX内部框架图如上图。新一代奥迪座舱顶配采用三屏设计,仪表屏COMBI为12.3英寸,分辨率达1920*1080,Infotainment即CCD,屏幕尺寸10.1英寸,分辨率为1920*720,上一代为1540*720。CID即中央信息屏,也是10.1英寸,分辨率为1200*768。三块屏幕的帧率都不低,都是60Hz,低端车多采用30Hz的设计。
通过MMX框架图看,似乎是Exynos 8890一拖三,实际不是,开头我们已经看了二代FPK,知道仪表是独立的,车机只是把部分数据传输给仪表,仪表还是独立的,虚拟机或硬件虚拟都是没有的。传统车厂对安全性可靠性还是非常重视,无论域控制器或虚拟机如何强调安全可靠,独立的仪表还是最安全可靠的。
此外,还特别点出了温度传感器。框架图上也可以看出360度环视,同时跟自动驾驶系统zFAS似乎也有所关联。框架图上也特别点出了苹果授权芯片,对CarPlay的支持度应该是非常好的。
CVBS这种模拟视频是奥迪甩不掉的包袱,奥迪仍然用CVBS做夜视和倒车影像,当然低配车没有夜视这功能,但座舱系统都保留接口。为了与时俱进,留了美信的GMSL接口,即摄像头解串行,可能应对驾驶员疲劳检测,这些都传递到MMX里处理。
RSC的RAM很小,只有256MB。Flash是NOR Flash,使用高速QSPI串行接口,容量128MB。A2B是模拟器件ADI公司独创的音频总线,可能是应对超低音。也有预留A2B麦克风。此外所谓IO控制器实际上应该是中央网关。

RSC部分框架图

从RSC框架图上可以看出其主芯片很可能还是上一代奥迪座舱系统用的Jacinto6,因为只有Jacinto6有非常突出的DSP系统。应对各种收音系统,也是德州仪器Jacinto6的特长。收音头或者说调谐器有5个,调谐器1为FM2,调谐器2为DAB或SDARS,调谐器3为AM/FM和DAB。调谐器4为北美SDARS,调谐器5是针对日本地区VICS的。音频部分也特别重视,用了多达8路D类音频放大。接口方面,有两个以太网接口,分别是100M和1000M,其中1000M为预留。MOST150为早期的MOST总线标准,主要应对光纤接口,外接CD机等。Jacinto6也是比较少的集成MOST150物理层的芯片。

MIB3 TOP的背板

上图中的上面一排,左边三个是三路LVDS输出,然后是USB输入,最右边是天线输入,上两个是蓝牙天线,下两个WIFI天线。下面一排左边是收音天线,包括DAB、AM/FM。右边的可能是LVDS视频输入端口。
以太网、CAN和音频总线A2B都在右边的大连接器上。
和其他豪华车比起来,奥迪对座舱似乎不太重视,十年来座舱设计几乎没有什么大的改变,电动车座舱也是如此,跟油车无差别。奥迪跟宝马和奔驰比差距非常大,至少宝马和奔驰非常努力地求新求变,而奥迪则是延续老套路。不过奥迪的品牌形象加上强大的优惠力度,还是稳坐三大豪华品牌,特别是在中国。
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