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編者按：本文內容來自友衷科技（AutoIO）技術總監陳云峰在雷鋒網硬創公開課的分享，由雷鋒網旗下欄目“新智駕”整理。
傳統汽車儀表將車速、轉速、油量、水溫、機油壓力等信息呈現給駕駛者，以方便駕駛者能根據這些信息判斷車況，并據此修正自己的駕駛行為。傳統儀表系統的核心是一個單片機，這個單片機從 CAN/LIN 總線上收集車輛各個部件的信息，然后通過驅動電機來控制表針的旋轉，以此達到信息呈現的目的。
隨著時代進步、技術發展、需求多元化，傳統儀表無法適應現今的需求，于是這幾年各大廠商開始發展液晶儀表。奧迪、大眾、寶馬、奔馳、路虎、沃爾沃、卡迪拉克等國際大廠都先后推出了自己的液晶儀表。
▲奧迪液晶儀表盤
豪華品牌使用液晶儀表的最大動力是提升整車的豪華感及駕駛感受，而對于混動車型、純電動車型來說，需要呈現的信息比燃油動力汽車多很多，傳統儀表已經無法承載相應的需求，全液晶儀表已經是混動車型、純電動車型的剛需。
隨著排放標準的日益嚴苛，混動車型、純電動車型是大勢所趨。各大車廠已經看到了這個趨勢，愿意投入更多的人力物力在液晶儀表上做技術積累。國內車廠在液晶儀表上的投入絲毫不比國際大廠差，如比亞迪的 E6，更是幾年前就用上了液晶儀表。可以預見的是：在不久的將來，液晶儀表將會是汽車的標配。
與傳統儀表相比，全液晶儀表能呈現更多的信息，對信息的組合方式也是傳統儀表不可比擬的：將不同駕駛階段中最重要的信息顯示在最容易閱讀的區域。
對于駕駛者來說，視線焦點在正前方時是最安全的，儀表所呈現的信息越容易閱讀，駕駛者視線離開正前方路面的時間就越短，駕駛行為就越安全。對于儀表來說，駕駛的不同階段對儀表上信息的重視程度是不一樣的：高速路上駕駛時，更關心車速、轉速、剩余燃油；倒車時，更關心倒車后視鏡的內容；在不熟悉的道路上駕駛時，更關心導航信息。
有一個很重要的特性：當儀表盤亮起某些不常見的報警燈時，大部分人總是茫茫然不知道這個燈代表什么意思。這種困惑在液晶儀表盤上就不存在，因為液晶儀表盤可以在亮報警燈以文字的形式提示。每一塊液晶屏最容易閱讀的區域都是當中的部分，在各種不同的情況下，將駕駛員最需要的信息呈現在儀表的正中區域，正是液晶儀表的優勢之一。
但缺點是，在目前這個時間點，全液晶儀表比傳統儀表的成本貴 2-3 倍。而目前液晶儀表規模化有好幾個瓶頸，而成本正是其中之一。
首先是成本，目前全液晶儀表的成本比傳統儀表高很多，這也是目前主機廠選用液晶儀表的最大阻力。比如：液晶儀表所使用的 CPU，就比同等性能的消費級 CPU 貴 3-5 倍；液晶儀表所使用的液晶屏，也比同等規格消費級的液晶屏貴 4-6 倍。
這種成本上的差異，主要是因為車規級物料的檢測規范更嚴格，兼且由于出貨量小，所以價格下不來。
但我們知道，所有的電子產品都有一個特點：邊際效應非常強烈，隨著產量的提升，成本會呈現幾何級數的下降。相信在不遠的將來，各個零部件的成本會降到一個更為合理的水平，這也意味著液晶儀表的成本劣勢會隨著時間的推移而逐步消失。
其次是技術、工藝水平。液晶屏幕、高端 CPU、IC 在高低溫環境下的適應能力是汽車級電子產品首先要考量的。儀表是車載安全件，是不允許出現任何異常的，這就要求車載電子的所有物料都能經受長時間高低溫的考驗，由于設計、加工等因素的制約，早期的電子物料難以適應車載環境。
隨著電子業的進步，這個弱點已經被克服，這就為高端電子物料進入汽車提供了必要條件。這也是各大國際車廠開始裝配液晶儀表的原因之一。
其三，系統的穩定性也是一個重要因素。液晶儀表系統比傳統儀表復雜很多，其中牽涉到的代碼也比傳統儀表有數量級的增多。我們知道：代碼越多，出錯的概率就越大。如何使自己的系統更穩定、容錯性更好，這一點是非常考驗開發商系統集成能力。
以上都是當今液晶儀表規模化的瓶頸，相信隨著時間的推移及技術的進步，這些瓶頸都會逐漸消失，最后不復存在。
液晶儀表是一個「跨界」產品：它跨越了 IT 嵌入式領域和汽車領域。
全液晶儀表需要掌握很多技術：嵌入式操作系統、汽車 CAN/LIN 總線、OpenGL 3D 渲染技術。傳統儀表的單片機是不需要一個完整的操作系統的，它只負責 CAN/LIN 總線的數據交互，鑒于單片機的運算能力比較低，OpenGL 3D 渲染技術也是無法實現的。
全液晶儀表上所呈現的每一個像素，都是由 OpenGL 引擎實時渲染出來---盡管最終畫面是 2D 的。可以說，高端嵌入式領域本身就是一個技術含量很高的領域，開發一個完整、安全的嵌入式操作系統是一個難度很高的任務。
而汽車領域對電子產品的穩定性、實時性等要求極其嚴苛，其對產品的測試、生產、質檢流程也是傳統消費級電子制造商所不敢想象的。
比如說環境溫度，汽車級電子產品要求環境溫度在-40℃~85℃之間都能很好地工作，而消費級的 LCD 屏幕，大約-20℃就罷工了。
我親眼見過后裝車載導航的屏幕在陽光下暴曬一小時后屏幕變白，要開著空調吹 20 分鐘后才能恢復正常---相信這塊屏是工業級、甚至有可能是消費級的。
再比如說系統穩定，系統長時間的運轉，不能有遲滯、死機等異常，那么采用什么樣的系統架構、中間件、3D 引擎才是合理、安全呢？
在業內，有兩個規范 CMMI 3 和 TS-16949，這兩個標準本身就是很嚴格的，如果不遵循著兩個標準做，很可能會面臨一些不可預知的產品風險。完全跟著這兩個標準走的話，會讓公司為流程付出巨大的經濟代價，得到的將會是一個穩定、可信的產品。
不少消費級電子產品設計公司在進入汽車電子領域前，天真地認為「應該和以前差不多」，在深入研發、測試、量產后才發覺，汽車電子產品與消費電子產品有太大的差異。
在當前的業界，傳統儀表廠商所掌握的技術不足以完全掌控全液晶儀表，而傳統嵌入式領域的廠商卻又沒有太多的汽車工業知識。以上這些條件結合在一起，整個產品就變成了一個極其復雜的系統工程。
說到安全問題，汽車在行駛過程中，液晶儀表會會怎么來保證穩定安全？如出現故障，會有怎樣的預防措施保證行駛安全？環境適應性 (如低溫) 及響應時間問題如何解決？
系統的穩定性由兩方面決定：硬件、軟件。
硬件上，從設計伊始，就要考慮散熱、振動、高低溫、電磁干擾等因素。同時，所有的來料都必須是汽車級的，這個級別的材料比我們日常所見的消費級材料貴 2-5 倍，但是對環境的適應性更為強悍。
汽車在夏天長時間暴曬后，駕駛艙溫度很可能達到 60℃甚至更高。工業結構設計是散熱的第一重保障，良好的結構能保證系統得到最大程度的散熱。我們在各個項目實施的過程中積累了很多結構上散熱的經驗。通過專業的模擬軟件，對系統做熱分析，并針對熱分析的結果設計相應的散熱方案。
注意：這里所說的「結構」不僅是外殼類結構，還包括 PCB 板上元器件的擺放位置。應用了這種從根源處散熱的產品，才能真正應付各種高溫環境。
另外，車規級的元器件、液晶屏這時候是最發揮功力的，長時間的高溫對于車規級物料來說不是事。剛才我提到的某后裝導航屏幕白屏的問題，在車規級液晶屏上是見不到的。
有個定律：CPU 的發熱量與時鐘頻率大約成正比。因此，在系統軟件上，我們的液晶儀表自動根據負載動態調整 CPU 的頻率，讓 CPU 在不影響用戶體驗的情況下以最低的發熱量運轉。在 Linux 系統中，這樣的技術叫做 DVFS（Dynamic voltage and frequency scaling），即「動態電壓頻率調整」。
比如說：在汽車未點火的時候，儀表的指針不會轉動，這時候系統的負載很小，CPU 可以工作在 200MHZ 的頻率下，而汽車一旦發動，CPU 可以在 10-20 個毫秒的時間內快速切換到 400MHz 甚至更高的頻率，以保證系統的流暢度。
除了來料，加工環節也與消費類電子有不小的差異，因為工藝上的些許差異很可能會導致產品的穩定性變差。以液晶屏為例，消費級的液晶屏無需考慮高低溫環境，而車規級的液晶屏需要考慮-40℃~85℃的工況，低溫時不能出現殘影、響應遲緩，高溫時不能白屏。
在軟件上，選用一個足夠安全、穩定的操作系統非常重要。在這里不得不提一下 AGL（Automotive Grade Linux）這個組織，它是由 Linux 基金會發起，匯集了全球各大知名企業，旨在提供一個「汽車級」的 Linux 安全規范。
我們知道，Linux 世界里有成千上萬種你想得到或者想不到的各種程序、組件，但是 AGL 并不允許所有的組件進入汽車領域。也就是說，一個對于電腦「可用的」軟件，未經 AGL 認證的情況下，是不允許進入汽車級 Linux 系統的。AGL 界定了「足夠安全的」各種組件，并在產品中只允許這些經過重重驗證的組件，這樣就在最根源處保證了系統的穩定與安全。
我們作為 AGL 成員，使用了汽車級的 Linux 作為核心，以此作為系統安全穩定的保障。另外，在軟件研發的過程中，我們遵循了 CMMI 3 規范。為了應對各種極小概率事件，我們愿意付出更多的精力與資源，以保證系統的穩定性。
以上所述其實不是什么秘密，但是知易行難，只有在研發、量產的過程中摸爬滾打過才能知道怎樣把這幾點真正實施到每個細節中。
快速響應一般是指儀表能在極短的時間內（毫秒級）將整車的狀況反映到儀表上。
Android 手機是一個基于 Linux 的操作系統，由于各種原因，Android 手機冷啟動的時間大約是 30-50 秒，這么長的時間對于儀表來說是個噩夢。主機廠對儀表的冷啟動時間要求是 2 秒，我們基于 Linux 做了深度優化，將冷啟動時間縮短到了 1.6 秒以內。
我們所說的 1.6 秒，并不是用一個 Linux Frame Buffer 的靜態 Logo 圖片來做視覺欺騙，而是將 3D 渲染的界面完整地呈現出來。雖然 0.4 秒的差距，普通人很難發現出其中的差別。但有一個現實狀況：汽車從點火的瞬間就開始發送 CAN/LIN 信號，某些汽車的某些 CAN 信號，只在點火后 1-2 秒發送，如果儀表啟動時間過長，會導致這些信號有機會丟失。
從操作系統的角度看，一般稱之為「實時性」。傳統的 Linux 的實時性不是很好，這也是眾多需要 RTOS 的平臺不選擇 Linux 的主要原因。但是隨著時間的推移，偉大的 Linux Kernel 也把 RTOS 的特性加進來了。
我們從兩個層面來提升系統的實時性：內核層、應用層。得益于這兩個層面的提升，我們的儀表響應速度比傳統儀表更勝一籌。死機等問題的應對是一個很大的話題，也是業界關心的問題。死機分系統級死機和應用級死機。前面提到的 AGL，是應對系統級死機的方案之一。
同時，各種心跳機制、看門狗機制，可以應對各種小概率事件。從設計及實施上去預防，是更重要的解決辦法。前面提到的 CMMI 3、系統測試，都是行之有效的預防手段。如果從用戶的角度出發，萬一發生了死機，系統會偵測到并在 2 秒內重新完成 HMI 加載。
最后提一下我們的 JetCast 協議。JetCast 所支持的是 WiFi 連接、AVB、LVDS、車用以太網等各種汽車級多媒體總線連接方式。目前實現的是基于 WiFi 的連接。JetCast 是一種全新的流媒體傳輸協議，不是 AirPlay，也不是 Miracast。Airplay、Miracast 都只是單向的傳輸，JetCast 是雙向傳輸。
我見到的眾多駕駛者似乎都有這么一個習慣（包括我自己）：不愛使用車載導航，更愿意使用手機導航。
手機導航有幾個好處：可以有實時路況、升級更方便。所以，大家都花了各種心思，設法把手機固定在車上的某個位置，以方便駕駛時觀看。可是，問題來了，萬一駕駛途中有電話來了，盡管可以用藍牙來通話，但是導航界面就被切換到后臺了，需要手動切換回來。
另一方面，液晶儀表這么大一塊屏幕，又處于最易于觀察的位置，如果能將手機導航的畫面傳輸到液晶儀表上，那這件事就完美了：有實時路況、升級方便、無需設法固定手機。
液晶儀表與手機連接建立以后，手機以流媒體的形式將導航畫面傳輸給儀表，在傳輸圖片的過程中，手機處于完全解放狀態：可以把手機屏幕關掉，可以打電話，甚至打游戲（駕駛員行車時可不能這么干）。
這種將手機導航投射到儀表的技術，目前眾多德系車廠實現的只是將車載導航畫面投射到儀表，并沒有實現手機投射的功能。
問：目前液晶儀表會開發相應的應用嗎？
陳云峰：儀表是安全件，所有的應用應該由專業開發商來開發，不會隨意開放應用接口。不管從哪個角度出發，app 之類的東西，還是由中控來玩比較好。
總有人問我：你們的儀表如果能放電影就好了。我的回答是：我們的儀表的確可以播放高清電影，但是我不會做，因為開車的時候看電影是一件極其不安全的事。
問：汽車級 Linux 會對汽車行業產生多大的影響？
陳云峰：Linux 是一個開放的系統，開放性的同時會帶來不安全性。AGL 之所以成立，就是基于這個原因而成立--提供一個開放的、安全的、穩定的系統，并建立比消費級 Linux 更嚴格的準入門檻。
相信在不久的將來，AGL 將會助力 Linux 在儀表業產生深遠的影響。
問：車規級 Android 現在比較火，也出現了幾個案例通過車廠客戶測試，車規級 Android 儀表的前景及問題？
陳云峰：Android 很棒，但是也有缺點——需要 40 秒來冷啟動，這個對于儀表來說是不可忍受的。所以，儀表上暫時見不到 Android 的生存空間。
而中控領域，Android 做中控的方案已經在后裝市場逐漸出現。如果 Google 能建立一個類似于 AGL 的分支，為車載提供啟動速度更快、組件都經過驗證的 Android，相信它也能在中控領域大施拳腳。
*部分圖片來自網絡
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