高度集成的片上系統(tǒng)（SoC）設備（如NXP i.MX6應用處理器）為復雜的圖形密集型汽車應用（如儀表板）創(chuàng)建可擴展平臺提供了有效的方法。這些SoC與這些應用中所需的存儲器，通信和其他外設的組合對確保適當?shù)碾妷海?a href="http://www.makelele.cn/tags/電流/" target="_blank">電流和功率排序提出了重要要求。對于設計人員而言，這些汽車SoC與專用電源管理SoC（如恩智浦MMPF0100）的結(jié)合，可以顯著簡化平臺設計，從簡單的儀表盤到經(jīng)濟型汽車一直到豪華的高性能可重構(gòu)3D系統(tǒng)車輛。

在任何車輛中，儀表板儀表組是駕駛員關(guān)于車輛狀態(tài)的主要信息來源。然而，車輛儀表顯示的性質(zhì)正在迅速變化。消費者越來越多地要求他們在家庭娛樂系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的駕駛數(shù)字體驗，并將其隨身攜帶在移動設備中。此外，在車輛內(nèi)部，車輛子系統(tǒng)的快速數(shù)字化在駕駛員可獲得的信息的廣度和深度方面發(fā)生了顯著變化。

為了應對這種不斷變化的環(huán)境，汽車制造商正在超越傳統(tǒng)的模擬儀表信息豐富的圖形顯示。作為演變的一部分，儀表板正在迅速發(fā)展，增加了彩色2D和3D圖形，旨在安全地為駕駛員提供從更多數(shù)字數(shù)據(jù)源獲取的信息。與此同時，制造商希望獲得經(jīng)濟高效的解決方案，以滿足不斷增長的數(shù)字儀表板需求。這些儀表板的范圍從經(jīng)濟型或車輛線路功能更為有限的設計到提供高級可定制顯示器的豪華產(chǎn)品（圖1）。

圖1：汽車制造商正在轉(zhuǎn)向使用2D和3D圖形的可定制儀表板，以便安全地向駕駛員提供數(shù)字化所提供的大量信息車輛中的子系統(tǒng)。 （圖片來源：Wikimedia Commons/Robert Basic）

對于開發(fā)人員來說，設計這些復雜子系統(tǒng)的傳統(tǒng)方法可能遠遠落后于不斷增長的需求。例如，圍繞通用處理器構(gòu)建的傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)設計通常缺乏所需的圖形性能。此外，創(chuàng)建能夠從更有限的功能擴展到完全實現(xiàn)的可定制儀器的設計可能是最有問題的。傳統(tǒng)方法至少需要對硬件進行大量更改，以提供擴展基本設計以提供高端性能所需的增量功能。不可避免的是，這種強制性的功能增強方法導致高度專業(yè)化的產(chǎn)品設計激增，可能存在不兼容的代碼庫。

可擴展平臺

復雜儀器集群的設計為開發(fā)人員提供了巨大的挑戰(zhàn)，可以提供能夠?qū)崟r呈現(xiàn)復雜，快速變化的信息的復雜圖形系統(tǒng)。然而，即使這些系統(tǒng)通常也需要更傳統(tǒng)的微控制器功能來處理底層通信和外圍設備，例如音頻。為了平衡基本系統(tǒng)要求與高級圖形性能要求，汽車設計人員應考慮使用專用SoC來增強更熟悉的基于MCU的設計，從而加速圖形和高級應用程序代碼的執(zhí)行（圖2）。

圖2：為了滿足對高性能2D和3D圖形的需求，汽車工程師利用NXP等專用SoC增強了傳統(tǒng)的基于微控制器的設計.MX6處理器能夠加速應用程序代碼和圖形操作的處理。 （圖片來源：恩智浦半導體）

恩智浦i.MX6系列應用SoC為汽車儀表板設計提供了一種特別有效的解決方案。在大多數(shù)情況下，開發(fā)人員可以通過插入最符合成本和性能應用要求的i.MX6系列成員來擴展現(xiàn)有的基于i.MX6的儀表板設計。實際上，i.MX 6系列旨在作為可擴展平臺，用于需要多個ARM Cortex-A9處理器和集成圖形處理單元（GPU）以實現(xiàn)高性能圖形的應用。

要求苛刻i.MX6DualPlus和i.MX6QuadPlus系列可重配置3D儀器集群，分別提供雙核和四核性能。除了運行高達1.2 GHz的多核外，這些設備還包括1 MB L2緩存，優(yōu)化的64位DDR3或2通道32位LPDDR2支持，以及集成的FlexCAN，MLB總線，PCI Express和SATA-2連接。此外，這些器件還包括LVDS，MIPI顯示端口，MIPI相機端口以及高端汽車多媒體應用中通常需要的HDMI v1.4接口。對于要求不高的應用，i.MX6Solo等設備提供了更低成本的選擇，但仍然結(jié)合了單個ARM Cortex-A9內(nèi)核，圖形加速，512 KB L2緩存和1 x 32 LP-DDR2內(nèi)存接口以及全板連接選項。

i.MX6成員在整個系列中提供接近插入引腳的兼容性。然而，在實踐中，配置上的一些差異阻礙了完全插入式可擴展性。例如，i.MX6DualPlus和i.MX6QuadPlus在某些引腳上提出了一些小但不同的要求。四核系統(tǒng)將VDD_ARM_IN引腳連接到電源，而雙核系統(tǒng)通常將這些引腳短接，VDD_ARM23_CAP引腳接地以減少泄漏。四核系統(tǒng)設計需要在VDD_ARM23_CAP引腳上放置外部電容。該系列的低端成員在引腳配置方面引入了一些額外的差異。一般而言，與家庭成員提供的整體引腳兼容性相比，這些差異相對較小。

圖形加速

恩智浦i.MX6系列的成員集成了專門用于加速2D和3D圖形的GPU。例如，內(nèi)置GPU3D內(nèi)核提供了一個完整的高性能圖形處理管道，能夠加速用于不斷增長的消費類應用（包括汽車儀表板顯示器和抬頭顯示器）的3D圖形的著色，紋理和渲染（圖3）。

圖3：在NXP i.MX6系列的高性能成員中，集成的2D和3D圖形處理單元（GPU）使用流水線處理加速圖形操作。 （圖片來源：恩智浦半導體）

i.MX6系列的不同成員在圖形管道中提供不同的深度，可擴展到低成本設備的低性能。在該系列的高端，i.MX6DualPlus和i.MX6QuadPlus提供2DBLT，八層合成，以及720 MHz的四個著色器以及嵌入式預取和解析引擎。相比之下，成本較低的i.MX6Solo支持2DBLT，單個著色器為528 MHz。

無論底層處理器如何，開發(fā)人員都可以通過多種行業(yè)標準圖形充分利用可用的加速成像資源API包括用于嵌入式系統(tǒng)的OpenGL（OpenGL ES），它能夠利用i.MX6 GPU加速3D圖形。同樣，i.MX6集成R2D GPU旨在加速用于圖形用戶界面（GUI）和菜單顯示的OpenVG 2D矢量圖形。

設計環(huán)境，例如來自恩智浦或第三方的設計環(huán)境杠桿這些API簡化了儀表板應用程序的軟件開發(fā)。事實上，開發(fā)人員可以找到軟件庫和代碼，以對軟件工程師透明的方式充分利用硬件加速圖形。例如，i.MX 6系列GPU軟件開發(fā)工具包（SDK）包含簡單OpenGL ES 2.0應用程序的工作示例和教程。

超越特定圖形代碼，第三方軟件包，如Green Hills平臺對于儀器集群，提供基于可擴展的實時操作系統(tǒng)（RTOS）系列的全面軟件解決方案，以滿足低延遲，高性能汽車數(shù)字顯示應用的嚴格要求。

復雜的電源要求

高度集成的設備（如i.MX6汽車SoC）可幫助開發(fā)人員滿足可擴展儀表板設計的各種要求。然而，在單個設備中集成如此多的功能時，這些復雜的設備可能會產(chǎn)生很大的功率要求。此外，這些設計中廣泛的支持外設和接口加劇了確保正確電源管理的問題。

在儀表板圖形系統(tǒng)中，開發(fā)人員可能需要結(jié)合使用高性能的i.MX6Dual或i。 MX6Quad處理器具有多個接口和子系統(tǒng)。這些包括內(nèi)存，無線連接，藍牙，GPS，音頻放大器，各種傳感器，攝像頭輸入和多種通信接口，如USB，HDMI，SATA，LVDS和mPCIe。當然，SoC中的每個電路以及基于SoC的系統(tǒng)中的每個支持模塊和外圍設備都需要在特定電壓和電流水平下供電。

此外，運行這個復雜系統(tǒng)的每個電源軌需要通電按特定順序進行，以確保正確的系統(tǒng)啟動和正確激活電路和模塊。同樣，這些電路和組件必須按特定順序斷電。

任何與正常上電或斷電序列的偏差都可能導致上電期間電流過大，可能會對電源造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。 SoC的處理器內(nèi)核，其他SoC集成模塊，或整個系統(tǒng)中的其他組件。因此，必須在初始化期間以及正常操作期間監(jiān)視每個設備和電源軌的故障。特別是在汽車行業(yè)，由于初始化不當或意外斷電導致的電源故障會迅速降低客戶對產(chǎn)品的信心，甚至會升級為車輛召回。

對于這些復雜的基于SoC的系統(tǒng)，電源管理基于傳統(tǒng)的分立功率器件最多是不切實際的。通常，即使單個分立DC-DC開關(guān)調(diào)節(jié)器也需要許多分立無源器件來支持各種參數(shù)的編程，例如電壓輸出，軟啟動，頻率，輸入/輸出濾波，排序延遲，閉環(huán)補償，同步等。即使是基本的低壓差（LDO）穩(wěn)壓器也需要多個元件用于輸入/輸出，軟啟動和啟動延遲編程。

通過增加大量外部元件，可以實現(xiàn)分立式電源解決方案根據(jù)經(jīng)典的零件計數(shù)可靠性標準，體積大且不可靠。僅就尺寸而言，典型的2-3A降壓調(diào)節(jié)器可占據(jù)印刷電路板面積的約100-150mm 2 。典型的200-300mA LDO可能需要約25mm 2 的印刷電路板面積。由于典型的基于SoC的汽車儀表板設計可能需要六個LDO和相同數(shù)量的DC-DC轉(zhuǎn)換器，因此車輛產(chǎn)品工程師會發(fā)現(xiàn)自己不得不將龐大的功率封裝擠壓到儀表板設計中，以保持時尚和尺寸效率。/p>

相比之下，電源管理SoC（如NXP MMPF0100，提供多達六個DC-DC轉(zhuǎn)換器和六個LDO）使開發(fā)人員能夠縮小BOM和最終設計本身的尺寸。僅就節(jié)省空間而言，MMPF0100設計可適用于印刷電路板面積約350 mm 2 ，而等效離散解決方案則需要約800 mm 2 pc-board不動產(chǎn)。

MMPF0100旨在補充i.MX6 SoC，旨在為包括i.MX6 SoC，內(nèi)存在內(nèi)的完整系統(tǒng)提供多個電源軌 - 按所需順序初始化 - 和系統(tǒng)外圍設備（圖4）。 MMPF0100具有四個降壓調(diào)節(jié)器，提供多達六個獨立輸出，一個升壓調(diào)節(jié)器，六個通用LDO，一個開關(guān)/LDO組合以及一個DDR電壓基準，用于為i.MX6 SoC和外圍器件提供電壓。

圖4：先進的電源管理SoC（如NXP MMPF0100）能夠為基于i.MX6的系統(tǒng)提供所有電源軌（A ），以特定的開發(fā)人員編程序列（B）為每個軌道供電。（圖像來源：恩智浦半導體）

設計人員可以將獨立降壓穩(wěn)壓器輸出的數(shù)量從4配置為6。這種靈活性允許穩(wěn)壓器輸出以更高的電流能力運行，或作為獨立輸出運行，用于需要更低電流但更多電壓軌的應用。該器件的降壓調(diào)節(jié)器可滿足i.MX6處理器內(nèi)核以及IO和內(nèi)存等其他低壓電路的供電要求。此外，內(nèi)置動態(tài)電壓調(diào)節(jié)功能可為處理器內(nèi)核和其他電路提供受控電源軌調(diào)節(jié)。

MMPF0100專為實現(xiàn)最大靈活性而設計，提供一系列寄存器，用于控制每個電源設備的運行。 SoC（圖5）。工程師通過加載器件的片上一次性可編程（OTP）存儲器或使用特殊的“先試后買”模式來設置電壓，序列和其他操作參數(shù)，以便在OTP存儲器加載之前進行原型設計和測試器件配置。

熔絲寄存器名稱寄存器位說明5：0 OTP SW1AB VOLT SW1AB_VOLT [5：0] SW1AB上電電壓6 - - RSVD 11：7 OTP SW1AB SEQ SW1AB_SEQ [4：0] SW1AB上電序列13： 12 OTP SW1AB CONFIG SW1AB_FREQ [1：0] SW1AB上電頻率15:14 OTP SW1AB CONFIG CONFIG [1：0] SW1A/B/C上電配置18:16OTPI2CCADDRI2C_SLV_ADDR[3.0] 3 LSB從機地址19 OTP EN ECC0 EN_ECC_BANK1為OTP熔絲組1啟用ECC 25:20 - - 熔絲組1的ECC校驗位

圖5：復雜的電源管理SoC（如NXP MMPF0100）提供專用寄存器（頂部顯示的樣本），用于簡化片上電源模塊的編程（底部）。 （圖片來源：恩智浦半導體）

結(jié)論

通過將ARM Cortex-A9內(nèi)核與專用GPU集成，恩智浦i.MX6系列汽車應用SoC滿足了對高端產(chǎn)品日益增長的需求圖形密集型儀表組設計的性能解決方案。同時，這些設計呈現(xiàn)出越來越復雜的功率要求，這限制了傳統(tǒng)分立電源解決方案的有效性。通過將i.MX6 SoC與恩智浦MMPF0100電源管理SoC相結(jié)合，開發(fā)人員可以快速為汽車儀表板創(chuàng)建高效的平臺。此外，i.MX6系列成員的性能范圍和近插入引腳兼容性使開發(fā)人員可以更輕松地將設計從入門級系統(tǒng)擴展到高性能3D解決方案。因此，開發(fā)人員可以限制多種設計的擴散，并且可以更輕松地維護各種產(chǎn)品的代碼兼容性。