福特新一代车机系统SYNC4拆解：NXP是大赢家

福特在 2020 年推出新一代车机系统 SYNC4。第一个搭载 SYNC4 的是福特的纯电版野马 MUSTANG MACH-E。

福特纯电版野马座舱，采用 10.2 英寸仪表，15.5 英寸竖屏。和特斯拉 Model 3 类似，大屏也是划分为两部分，分辨率可能也是 1920*1200。 未来福特绝大部分车型都会搭载 SYNC4 系统，极少数低端车使用三星苏州哈曼的 CTR 系统。SYNC4 有三个尺寸，分别是 8、12 和 15.5 英寸，其中 12 和 15.5 英寸将会采用竖屏。

2021 版福特畅销车型 F-150 标配搭载 SYNC4 的 8 英寸横屏，可选装 12 英寸竖屏，仪表则为 12.4 英寸全液晶仪表，液晶仪表由伟世通提供。 SYNC 4 系统首次实现车机与智能手机的无线互联，支持苹果 CarPlay 和 Android Auto。通过 SYNC AppLink 功能，Waze、Ford + Alexa 等应用也可以与车机无线连接，并且可以直接在智能手机上对各种车辆功能（如灯光、空调、收音机等）进行控制。结合车内的手机无线充电板，让你彻底摆脱凌乱的数据连接线。 SYNC 4 将标配云平台连接功能，云端大数据将与 SYNC 4 的计算能力结合。通过与云端数据连接，导航功能可以实时更新当前路况；同时，基于云的语音处理功能将使 SYNC 4 更加智能地理解语音语义，结合大数据为驾驶者提供合理建议。同时 SYNC 4 还保留本地数据处理能力，即使在信号较差的偏远地区，依然可以保障流畅智能的使用体验。

此外，SYNC 4 能不断学习驾驶者的偏好，并基于使用习惯来提供建议。 SYNC 4 首次搭载了全新的数字车主手册，支持直接搜索数据库，消费者无需翻阅数十页内容，就可以更加容易地查找到车辆功能的详细信息。还可以通过附带的视频学习相关功能，更好更迅速地了解产品特性。SYNC 4 搭载的车内音频娱乐平台 SiriusXM with 360L 将为驾驶者提供丰富的娱乐资源。SYNC4 也支持 OTA。 为降低成本，也为了更好优化软件，SYNC4 由福特内部完成设计，交给代工大厂伟创力制造，这和国内吉利有些类似，在内部完成设计。SYNC4 分 G 和 GL 两个版本，GL 版本略低。2018 年设计，2019 年 9 月基本完成。而上一代 SYNC3 主要是日本松下和歌乐（已被佛吉亚收购）生产的。顺便提一下，福特的 T-Box 或者说 TCU 也开始自己内部完成设计，生产交给伟世通。

SYNC4 体积相对其他车机系统要小得多。

车机最大厚度为 33.95 毫米，最小厚度仅 23.1 毫米，有些车机如下一代雷克萨斯（瑞萨 H3 系统）和本田（高通 820A 系统）厚度都近 100 毫米。

SYNC4 的爆炸图

 1 为铝合金外壳，使用最常见的 A380 铸造铝合金。2 为 WIFI 天线罩，3 为蓝牙天线罩，都采用沙特 SABIC 提供的 LEXAN，实际就是聚碳酸酯。4 为 PCB 板，5 为后壳，采用 SAE J403 低碳钢。6 为 11 个钢锌合金螺丝。7/8/9 都是认证标签。

SYNC4 连接很简洁，一个 HSD 显示屏，一个以太网，一个 USB，一个 CAN 与供电主接口，还有一个视频输入在图上没有标示出来。还留了一个视频输出接口的位置。

电路板正面如上图，视频 I/O 方面预留了一定的空间。

电路板背面如上图

SYNC4 是福特与 NXP 联合设计，使用了 NXP 全套芯片，主芯片为 i.mx8QM，电源管理为 PF8100，以太网交换机为 SJA1105，这是一个 5 口的 AVB/TSN 以太网交换机。以太网物理层为 TJA1102S。MCU 是 NXP 的 MPC5748G，具备 ASIL-D 级安全。 存储方面，可能使用了美光的 4GB DRAM 和三星的 32GB EMMC。音频部分独立，由伟世通完成，称之为 AHB，并不在车机内，而是在车尾箱内，负责 AM/FM/DAB 收音，同时接收 SiriusXM 的网络收音，还可以为电动车制造引擎模拟音频，AHB 通过以太网与车机相连，音频功率放大也在 AHB 内。

图中的 SilverBox 加 AVB 网关就是 AHB。标配是 4 通道音频， Mercury 是 NXP 的收音与音频处理部分，包含了 FM/DAB/HD，有多标准软件定义无线电和收音调谐。BAP3 为 NXP 的 D 类音频功率放大，可扩展为 10 路音频放大。

i.MX8QM 采用硬件分区设计，可以一机双屏，不采用昂贵且复杂的软件虚拟机技术，同时带动中控和仪表。

Hardware Partition 中文叫硬件分区或者硬件隔离。基于 NXP i.MX8QM 的 Hardware Partition 功能将 Resource, Memory, Pad 等硬件资源通过硬件分区的方式进行划分和管理。硬件资源的所属分区拥有对该资源的访问和管理权限，其他分区不能对该资源进行操作。通过 Hardware Partition 功能强化了 i.MX8QM 对硬件资源的管理，通过硬件分区的方式对资源进行管理，简化了资源从属和管理问题，方便了软件开发。 

基于 NXP i.MX8QM 的 Hardware 功能可用于双系统的开发。i.MX8QM 是一款多核芯片，包括了 4x A53, 2x A72, 2x M4 等核心，通过创建两个系统的硬件分区，将不同的硬件资源划分到这两个分区，并分别将 A53 和 A72 core 划分到这两个系统分区，最终可实现两个分区上的 CPU 分别独立运行一套操作系统。NXP i.MX8QM 芯片多用于汽车产业，通过其 Hardware Partition 功能实现的双系统( A53 运行 Linux ，A72 运行 Android )可用于仪表和中控娱乐系统。

SCU 子系统在 i.MX8 以及 i.MX8X 系列起着中央控制功能的角色，此子系统主要由一个内含 256 KB TCM 的 Cortex-M4 所组成，另外还包含一些专属周边以及对外沟通的外设。这个 M4 并不开放让一般 User 使用，只提供给平台做系统内部的控制使用，所以子系统内的各种资源都不能被其他核心使用。

硬件分区具有以下特征，所有分区：

可以在启动时创建和销毁，并在运行时动态创建

具有层次关系，每个分区都有一个父级( SCFW 无父级，分区号 0 )

分区内包含的资源：Resource（master and peripheral), Pad 和 Memory

默认情况下，仅限于访问其拥有的资源

可以引导，复位和关闭电源

具有电源状态；可以转换到其他电源状态

具有看门狗定时器，RTC 警报和系统计数器警报

资源代表 SOC 中的 IP 块。它们可以是主机，外围设备或两者。资源始终拥有一个（只有一个）分区。资源的访问控制包括两个主要机制：

默认情况下，只有同一个分区中的主机能访问同一分区中的外围设备。资源可以由所有者分配或移动到另一个分区(分配者分区将不再拥有这个资源)。主资源可以设置安全性，特权， SMMU 绕过和 streamID （SID）。外围资源可以设置访问权限。仅当拥有主资源的分区安全时，才能设置主资源的安全状态。 目前 SYNC4 应该还没有采用这种硬件分区的方法，不过从电路板预留的空位和接线端子预留的空位看，未来 SYNC4 有可能采用这种方法，硬件分区能够大幅度降低成本，软件开发难度也比虚拟机要低得多，缺点是资源的利用效率有点低，两个 A72 可能不够用。

API 访问权限 - SCFW API 函数使用诸如调用分区和资源参数之类的信息来确定是否可以对资源执行操作。资源的所有权以及拥有分区和调用分区的层次关系用于确定操作是否得到授权。

硬件保护 - SCFW 对基础保护硬件（在 i.MX8 中为 XRDC2 ）进行编程，以控制哪些主机可以访问哪些外围设备。维护每个资源的访问权限，所有者可以为每个访问分区设置访问权限。

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