如何加速开发？汽车显示屏互连处理与Lattice Drive方案解析

当汽车制造商为新款智能座舱投入大量研发资源，却因显示屏互连复杂性和功能安全认证导致项目延期时，那种挫败感只有亲身经历的企业才能体会。现代汽车智能座舱需要集成多个异形屏、支持4K分辨率并确保功能安全，传统开发方式往往需要1-3年周期，让许多创新功能错过了**上市窗口。

但莱迪思半导体的Lattice Drive解决方案正在改变这一局面。这款专门为汽车行业打造的软件集合方案，通过预集成硬件平台、IP核和设计工具，能够将产品上市时间缩短3-6个月，同时显著降低开发成本和复杂度。

为什么汽车显示屏互连如此复杂？

多屏异构挑战日益突出。现代智能汽车通常配备中控屏、仪表盘、抬头显示和后排娱乐屏等多种显示器，这些屏幕往往具有不同的分辨率、尺寸和接口标准。莱迪思的解决方案能够支持多种分辨率的缩放，*高支持4K分辨率，并*高支持HBR 3 DisplayPort（每通道8.1 Gbps）。

功能安全要求极其严格。汽车电子必须符合ISO 26262功能安全标准，特别是仪表盘等安全关键显示内容不能出现任何错误。莱迪思提供了显示安全IP方案，可以针对汽车显示错误提供检测和备份方案，满足ISO26262功能安全要求。

实时性需求不容妥协。驾驶信息显示需要极低延迟，确保驾驶员获取信息的实时性和准确性。Lattice Drive方案能够处理或协同处理数据以分担CPU的负载，功耗比同类竞品低75%，同时保证高性能输出。

散热和空间限制增加设计难度。汽车电子控制单元通常空间有限且散热条件苛刻，需要小巧**的解决方案。莱迪思产品特色为低功耗、小尺寸，非常契合汽车领域应用。

Lattice Drive的四重技术优势

硬件平台提供坚实基础。Lattice Drive的底层硬件平台包括模块化的FMC适配器/CertusPro-NX评估版、嵌入式DisplayPort TX开发板、DisplayPort接收器/发送器开发板以及CertusPro-NX PCIe桥接开发板。这些硬件平台可桥接多个显示器，提供比同类产品快1.5倍的DisplayPort接口。

软件工具加速开发流程。莱迪思提供RADIANT和Propel软件设计工具，所有应用于莱迪思汽车的器件上的软件工具都经过ISO26262认证，可以满足客户功能安全的需求。这些工具支持新的莱迪思Nexus 2 FPGA平台、莱迪思Certus-N2 FPGA系列和莱迪思Avant器件，包括RISC-V和优化的调试、功耗计算和易用性在内的新功能。

IP核库丰富功能实现。Lattice Drive包含DisplayPort RX/TX、视频缩放器、局部调光演示+LED驱动器等IP核。这些IP核支持多种功能，包括图像增强、旋转、视频缩放、视频合并、视频加强以及帧率的加和减等。

参考设计降低开发门槛。莱迪思提供eDP、DP、scaling所有的参考设计，包括Local Dimming、视频的旋转、scaling、加帧、减帧、图像增强、图像和电影图像分割等所有跟图像相关的IP。这些参考设计大大加快了客户的开发进程。

四步实现**显示屏互连开发

**步：需求分析与平台选择

明确显示需求。确定需要支持的显示器数量、类型、分辨率和接口要求。现代汽车智能座舱通常需要集成中控屏、仪表盘、抬头显示和后排娱乐屏等多种显示器，每种都有不同的技术要求。

评估功能安全要求。根据应用场景确定所需的功能安全等级，仪表盘等安全关键显示通常需要ASIL-B认证。莱迪思目前可以支持客户通过ASIL-B的认证要求。

选择硬件平台。根据项目需求选择合适的评估板和开发平台。莱迪思提供基于CertusPro-NX的评估板，配备DP、eDP适配器，可以同时实现DP、eDP和放大缩小scaling的功能，包括跟PCIe相关的接口。

第二步：软件开发与集成

使用RADIANT设计工具。莱迪思Radiant软件工具支持新的莱迪思Nexus 2 FPGA平台、莱迪思Certus-N2 FPGA系列和莱迪思Avant器件，提供优化的调试、功耗计算和易用性功能。

集成IP核功能。根据显示需求集成相应的IP核，如视频缩放、局部调光、图像增强等。莱迪思提供了视频缩放的功能，可按比例进行缩放，还提供了很多跟图像处理相关的功能，如图像的增强，旋转、视频合并、视频加强，包括帧率的加和减等。

实现功能安全机制。集成显示错误检测和备份方案，确保满足功能安全要求。莱迪思的显示安全IP方案可以针对汽车显示错误，提供检测和备份方案，满足ISO26262功能安全要求。

第三步：系统测试与验证

进行功能测试。验证所有显示功能是否正确实现，包括分辨率切换、多屏同步、图像处理等功能。

进行性能测试。测试显示性能指标，包括延迟、吞吐量、功耗等。Lattice Drive方案能够处理或协同处理数据以分担CPU的负载，功耗比同类竞品低75%。

进行安全认证。进行功能安全认证测试，确保满足汽车行业的严格标准。莱迪思已成功获得SGS颁发的2018功能安全ASIL B Ready证书。

第四步：优化与量产

性能优化。根据测试结果优化系统性能和功耗，确保**用户体验。利用FPGA的可编程特性，可以对已部署的系统进行远程升级和优化。

量产准备。完成所有测试和认证后，准备量产方案。莱迪思提供完整的量产支持，包括技术支持和服务保障。

持续更新。利用FPGA的可编程特性，在产品生命周期内持续提供功能更新和性能优化。这对于汽车产品的长期竞争力非常重要。

局部调光技术的突破性应用

MiniLED背光技术提升显示质量。莱迪思提供了由FPGA实现的完整局部调光算法和解决方案，能够在分区数、视频分辨率、视频接口、客制化性能支持等方面提供足够的灵活性、低延迟和12位内部处理精度。

功耗优化效果显著。通过局部调光技术，在大多数背景都是黑色的情况下，MiniLED灯大多数都关掉也可以大大减少整个系统的功耗。这不仅提高了显示质量，还降低了系统功耗。

对比度提升改善用户体验。莱迪思的局部调光解决方案可以根据每一个分区所对应的视频，去计算图上的亮度，来决定后面每个灯的亮度是多少。这样可以让黑色区域真正变黑，亮色区域更加明亮，显著提高对比度。

异形屏支持展示灵活性。该技术还支持任意异形屏，如汽车内的长条或弧形屏幕，展现了莱迪思在技术创新上的灵活性和多样性。这对于汽车内饰设计的创新非常重要。

实际应用场景与解决方案

智能座舱显示系统是核心应用。莱迪思解决方案在智能座舱中支持驾驶员状态监测、手势识别、语音控制和车舱内监控等应用，并实现图像的高速处理和优化，提升显示质量。

ADAS传感器数据处理。Lattice Drive解决方案还针对ADAS传感器桥接和处理功能，用于处理辅助驾驶过程中大量的数据吞吐。这对于现代ADAS系统非常重要。

流媒体后视镜系统。流媒体后视镜中也可采用FPGA芯片用于图像处理。莱迪思的CMS系统能够在各种光照条件下提供清晰的图像，还能在雨天和夜间等复杂环境中保持高质量的视觉输出。

区域架构桥接应用。随着汽车电子架构向区域架构演进，Lattice Drive提供低功耗区域桥接应用，实现对驾驶员、座舱和车辆的监控。这是未来汽车电子架构的重要方向。

与传统开发方式的对比优势

开发周期大幅缩短。以往多数客户通常需要自研算法和自制PCB板，对于汽车行业而言是个复杂冗长的过程，开发周期动辄便是1-3年，而在Lattice现成方案的助力下，产品上市时间可以缩短3到6个月。

成本显著降低。通过使用预集成的解决方案，客户可以减少自主研发投入，降低开发成本。莱迪思提供从1美元到100美元不同级别的产品来支持客户不同的需求。

风险有效控制。使用经过验证的解决方案可以降低项目风险，提高***。莱迪思方案已经经过多家汽车厂商验证，包括比亚迪、三菱、松下以及国内大多数新能源车企。

灵活性保持良好。尽管是预集成方案，但FPGA的可编程特性仍然保持了足够的灵活性，可以适应各种定制化需求。

设计挑战与解决方案

功能安全认证挑战。由于FPGA芯片可编程的特性，在实际情况中没有明确的基础功能去做功能安全认证，无形中增加了功能安全认证的难度。莱迪思通过获得功能安全认证和提供安全IP核来解决这一问题。

散热管理问题。汽车电子环境对散热有严格要求，特别是在高负载工作时。莱迪思产品的低功耗特性有助于缓解散热问题，功耗相比市面上同类竞品大幅降低了75%。

空间限制挑战。汽车电子控制单元空间有限，需要小巧的解决方案。莱迪思产品具有小尺寸特点，非常契合汽车领域应用。

成本压力。汽车行业对成本敏感，需要高性价比的解决方案。莱迪思提供不同价格级别的产品，满足从高端到入门级的不同需求。

未来展望：汽车显示技术的发展方向

更高分辨率支持。随着显示技术的发展，未来汽车显示屏将支持更高的分辨率和刷新率。莱迪思方案已经支持4K分辨率，为未来发展奠定了基础。

更多功能集成。未来汽车显示系统将集成更多功能，如增强现实显示、智能交互等。FPGA的可编程特性使其能够适应这些新技术的发展。

区域架构演进。随着汽车电子架构向区域架构发展，显示系统也需要适应新的架构要求。Lattice Drive已经提供区域桥接应用支持。

AI技术融合。人工智能技术在汽车显示中的应用越来越多，如驾驶员监控、手势识别等。莱迪思正在探索AI技术在汽车领域的应用。

个人观点：在我看来，Lattice Drive解决方案的成功不仅在于其技术优势，更在于它深刻理解了汽车行业的痛点并提供了针对性的解决方案。汽车行业开发周期长、认证要求高、成本压力大的特点，决定了需要像Lattice Drive这样既提供足够灵活性又降低开发难度的解决方案。

然而，生态系统建设仍然需要加强。虽然莱迪思提供了完整的解决方案，但汽车行业的成功需要整个生态系统的支持，包括更多的合作伙伴、更丰富的IP核库和更完善的服务体系。

长期竞争力在于持续创新。随着汽车电子技术的快速发展，今天的解决方案可能明天就变得过时。莱迪思需要持续投入研发，不断更新和完善Lattice Drive解决方案，保持技术**性。

中国市场尤为重要。中国是全球*大的新能源汽车市场，也是汽车电子创新*活跃的地区。莱迪思在中国拥有强大的解决方案团队和应用工程团队，能够为国内客户提供本土化的支持。这为其在中国市场的发展提供了良好基础。

值得注意的是，2023年智能座舱普及率已达66%，并有望在明年进一步扩增至80%。这一快速增长的市场为Lattice Drive解决方案提供了巨大的机遇。

未来3-5年，随着汽车智能化的深入发展，对高性能、高可靠性显示解决方案的需求将持续增长。莱迪思凭借其Lattice Drive解决方案，有望在这一市场中占据重要位置，但需要持续创新和优化，以满足不断变化的市场需求。

*终的建议是：对于汽车电子开发团队，采用Lattice Drive解决方案可以显著缩短开发周期、降低开发风险和成本。但在具体实施时，仍需充分考虑项目需求、资源条件和长期技术路线，确保选择*适合的解决方案。