福特新一代車機(jī)系統(tǒng)SYNC4拆解：NXP是大贏家

福特在 2020 年推出新一代車機(jī)系統(tǒng) SYNC4。第一個(gè)搭載 SYNC4 的是福特的純電版野馬 MUSTANG MACH-E。

福特純電版野馬座艙，采用 10.2 英寸儀表，15.5 英寸豎屏。和特斯拉 Model 3 類似，大屏也是劃分為兩部分，分辨率可能也是 1920*1200。 未來(lái)福特絕大部分車型都會(huì)搭載 SYNC4 系統(tǒng)，極少數(shù)低端車使用三星蘇州哈曼的 CTR 系統(tǒng)。SYNC4 有三個(gè)尺寸，分別是 8、12 和 15.5 英寸，其中 12 和 15.5 英寸將會(huì)采用豎屏。

2021 版福特暢銷車型 F-150 標(biāo)配搭載 SYNC4 的 8 英寸橫屏，可選裝 12 英寸豎屏，儀表則為 12.4 英寸全液晶儀表，液晶儀表由偉世通提供。 SYNC 4 系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)車機(jī)與智能手機(jī)的無(wú)線互聯(lián)，支持蘋果 CarPlay 和 Android Auto。通過(guò) SYNC AppLink 功能，Waze、Ford + Alexa 等應(yīng)用也可以與車機(jī)無(wú)線連接，并且可以直接在智能手機(jī)上對(duì)各種車輛功能（如燈光、空調(diào)、收音機(jī)等）進(jìn)行控制。結(jié)合車內(nèi)的手機(jī)無(wú)線充電板，讓你徹底擺脫凌亂的數(shù)據(jù)連接線。 SYNC 4 將標(biāo)配云平臺(tái)連接功能，云端大數(shù)據(jù)將與 SYNC 4 的計(jì)算能力結(jié)合。通過(guò)與云端數(shù)據(jù)連接，導(dǎo)航功能可以實(shí)時(shí)更新當(dāng)前路況；同時(shí)，基于云的語(yǔ)音處理功能將使 SYNC 4 更加智能地理解語(yǔ)音語(yǔ)義，結(jié)合大數(shù)據(jù)為駕駛者提供合理建議。同時(shí) SYNC 4 還保留本地?cái)?shù)據(jù)處理能力，即使在信號(hào)較差的偏遠(yuǎn)地區(qū)，依然可以保障流暢智能的使用體驗(yàn)。

此外，SYNC 4 能不斷學(xué)習(xí)駕駛者的偏好，并基于使用習(xí)慣來(lái)提供建議。 SYNC 4 首次搭載了全新的數(shù)字車主手冊(cè)，支持直接搜索數(shù)據(jù)庫(kù)，消費(fèi)者無(wú)需翻閱數(shù)十頁(yè)內(nèi)容，就可以更加容易地查找到車輛功能的詳細(xì)信息。還可以通過(guò)附帶的視頻學(xué)習(xí)相關(guān)功能，更好更迅速地了解產(chǎn)品特性。SYNC 4 搭載的車內(nèi)音頻娛樂(lè)平臺(tái) SiriusXM with 360L 將為駕駛者提供豐富的娛樂(lè)資源。SYNC4 也支持 OTA。 為降低成本，也為了更好優(yōu)化軟件，SYNC4 由福特內(nèi)部完成設(shè)計(jì)，交給代工大廠偉創(chuàng)力制造，這和國(guó)內(nèi)吉利有些類似，在內(nèi)部完成設(shè)計(jì)。SYNC4 分 G 和 GL 兩個(gè)版本，GL 版本略低。2018 年設(shè)計(jì)，2019 年 9 月基本完成。而上一代 SYNC3 主要是日本松下和歌樂(lè)（已被佛吉亞收購(gòu)）生產(chǎn)的。順便提一下，福特的 T-Box 或者說(shuō) TCU 也開(kāi)始自己內(nèi)部完成設(shè)計(jì)，生產(chǎn)交給偉世通。

SYNC4 體積相對(duì)其他車機(jī)系統(tǒng)要小得多。

車機(jī)最大厚度為 33.95 毫米，最小厚度僅 23.1 毫米，有些車機(jī)如下一代雷克薩斯（瑞薩 H3 系統(tǒng)）和本田（高通 820A 系統(tǒng)）厚度都近 100 毫米。

SYNC4 的爆炸圖

 1 為鋁合金外殼，使用最常見(jiàn)的 A380 鑄造鋁合金。2 為 WIFI 天線罩，3 為藍(lán)牙天線罩，都采用沙特 SABIC 提供的 LEXAN，實(shí)際就是聚碳酸酯。4 為 PCB 板，5 為后殼，采用 SAE J403 低碳鋼。6 為 11 個(gè)鋼鋅合金螺絲。7/8/9 都是認(rèn)證標(biāo)簽。

SYNC4 連接很簡(jiǎn)潔，一個(gè) HSD 顯示屏，一個(gè)以太網(wǎng)，一個(gè) USB，一個(gè) CAN 與供電主接口，還有一個(gè)視頻輸入在圖上沒(méi)有標(biāo)示出來(lái)。還留了一個(gè)視頻輸出接口的位置。

電路板正面如上圖，視頻 I/O 方面預(yù)留了一定的空間。

電路板背面如上圖

SYNC4 是福特與 NXP 聯(lián)合設(shè)計(jì)，使用了 NXP 全套芯片，主芯片為 i.mx8QM，電源管理為 PF8100，以太網(wǎng)交換機(jī)為 SJA1105，這是一個(gè) 5 口的 AVB/TSN 以太網(wǎng)交換機(jī)。以太網(wǎng)物理層為 TJA1102S。MCU 是 NXP 的 MPC5748G，具備 ASIL-D 級(jí)安全。 存儲(chǔ)方面，可能使用了美光的 4GB DRAM 和三星的 32GB EMMC。音頻部分獨(dú)立，由偉世通完成，稱之為 AHB，并不在車機(jī)內(nèi)，而是在車尾箱內(nèi)，負(fù)責(zé) AM/FM/DAB 收音，同時(shí)接收 SiriusXM 的網(wǎng)絡(luò)收音，還可以為電動(dòng)車制造引擎模擬音頻，AHB 通過(guò)以太網(wǎng)與車機(jī)相連，音頻功率放大也在 AHB 內(nèi)。

圖中的 SilverBox 加 AVB 網(wǎng)關(guān)就是 AHB。標(biāo)配是 4 通道音頻， Mercury 是 NXP 的收音與音頻處理部分，包含了 FM/DAB/HD，有多標(biāo)準(zhǔn)軟件定義無(wú)線電和收音調(diào)諧。BAP3 為 NXP 的 D 類音頻功率放大，可擴(kuò)展為 10 路音頻放大。

i.MX8QM 采用硬件分區(qū)設(shè)計(jì)，可以一機(jī)雙屏，不采用昂貴且復(fù)雜的軟件虛擬機(jī)技術(shù)，同時(shí)帶動(dòng)中控和儀表。

Hardware Partition 中文叫硬件分區(qū)或者硬件隔離。基于 NXP i.MX8QM 的 Hardware Partition 功能將 Resource, Memory, Pad 等硬件資源通過(guò)硬件分區(qū)的方式進(jìn)行劃分和管理。硬件資源的所屬分區(qū)擁有對(duì)該資源的訪問(wèn)和管理權(quán)限，其他分區(qū)不能對(duì)該資源進(jìn)行操作。通過(guò) Hardware Partition 功能強(qiáng)化了 i.MX8QM 對(duì)硬件資源的管理，通過(guò)硬件分區(qū)的方式對(duì)資源進(jìn)行管理，簡(jiǎn)化了資源從屬和管理問(wèn)題，方便了軟件開(kāi)發(fā)。 

基于 NXP i.MX8QM 的 Hardware 功能可用于雙系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。i.MX8QM 是一款多核芯片，包括了 4x A53, 2x A72, 2x M4 等核心，通過(guò)創(chuàng)建兩個(gè)系統(tǒng)的硬件分區(qū)，將不同的硬件資源劃分到這兩個(gè)分區(qū)，并分別將 A53 和 A72 core 劃分到這兩個(gè)系統(tǒng)分區(qū)，最終可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)分區(qū)上的 CPU 分別獨(dú)立運(yùn)行一套操作系統(tǒng)。NXP i.MX8QM 芯片多用于汽車產(chǎn)業(yè)，通過(guò)其 Hardware Partition 功能實(shí)現(xiàn)的雙系統(tǒng)( A53 運(yùn)行 Linux ，A72 運(yùn)行 Android )可用于儀表和中控娛樂(lè)系統(tǒng)。

SCU 子系統(tǒng)在 i.MX8 以及 i.MX8X 系列起著中央控制功能的角色，此子系統(tǒng)主要由一個(gè)內(nèi)含 256 KB TCM 的 Cortex-M4 所組成，另外還包含一些專屬周邊以及對(duì)外溝通的外設(shè)。這個(gè) M4 并不開(kāi)放讓一般 User 使用，只提供給平臺(tái)做系統(tǒng)內(nèi)部的控制使用，所以子系統(tǒng)內(nèi)的各種資源都不能被其他核心使用。

硬件分區(qū)具有以下特征，所有分區(qū)：

可以在啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建和銷毀，并在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建

具有層次關(guān)系，每個(gè)分區(qū)都有一個(gè)父級(jí)( SCFW 無(wú)父級(jí)，分區(qū)號(hào) 0 )

分區(qū)內(nèi)包含的資源：Resource（master and peripheral), Pad 和 Memory

默認(rèn)情況下，僅限于訪問(wèn)其擁有的資源

可以引導(dǎo)，復(fù)位和關(guān)閉電源

具有電源狀態(tài)；可以轉(zhuǎn)換到其他電源狀態(tài)

具有看門狗定時(shí)器，RTC 警報(bào)和系統(tǒng)計(jì)數(shù)器警報(bào)

資源代表 SOC 中的 IP 塊。它們可以是主機(jī)，外圍設(shè)備或兩者。資源始終擁有一個(gè)（只有一個(gè)）分區(qū)。資源的訪問(wèn)控制包括兩個(gè)主要機(jī)制：

默認(rèn)情況下，只有同一個(gè)分區(qū)中的主機(jī)能訪問(wèn)同一分區(qū)中的外圍設(shè)備。資源可以由所有者分配或移動(dòng)到另一個(gè)分區(qū)(分配者分區(qū)將不再擁有這個(gè)資源)。主資源可以設(shè)置安全性，特權(quán)， SMMU 繞過(guò)和 streamID （SID）。外圍資源可以設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限。僅當(dāng)擁有主資源的分區(qū)安全時(shí)，才能設(shè)置主資源的安全狀態(tài)。 目前 SYNC4 應(yīng)該還沒(méi)有采用這種硬件分區(qū)的方法，不過(guò)從電路板預(yù)留的空位和接線端子預(yù)留的空位看，未來(lái) SYNC4 有可能采用這種方法，硬件分區(qū)能夠大幅度降低成本，軟件開(kāi)發(fā)難度也比虛擬機(jī)要低得多，缺點(diǎn)是資源的利用效率有點(diǎn)低，兩個(gè) A72 可能不夠用。

API 訪問(wèn)權(quán)限 - SCFW API 函數(shù)使用諸如調(diào)用分區(qū)和資源參數(shù)之類的信息來(lái)確定是否可以對(duì)資源執(zhí)行操作。資源的所有權(quán)以及擁有分區(qū)和調(diào)用分區(qū)的層次關(guān)系用于確定操作是否得到授權(quán)。

硬件保護(hù) - SCFW 對(duì)基礎(chǔ)保護(hù)硬件（在 i.MX8 中為 XRDC2 ）進(jìn)行編程，以控制哪些主機(jī)可以訪問(wèn)哪些外圍設(shè)備。維護(hù)每個(gè)資源的訪問(wèn)權(quán)限，所有者可以為每個(gè)訪問(wèn)分區(qū)設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限。

佐思 2021 年研究報(bào)告撰寫計(jì)劃

智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)鏈全景圖（2020 年 12 月版）

「佐思研究年報(bào)及季報(bào)」