車載信息娛樂系統(tǒng)構(gòu)成

1、在互聯(lián)網(wǎng)思維大潮下，汽車行業(yè)也隨之變革加入了互聯(lián)網(wǎng)元素，稱之為互聯(lián)網(wǎng)汽車。目前成熟且已經(jīng)量產(chǎn)面市的互聯(lián)網(wǎng)汽車主要體現(xiàn)在它的車載設備(中控部分的信息娛樂系統(tǒng))。這種車載互聯(lián)體現(xiàn)主要在幾個方面：TSP(TelematicsServiceProviders)服務、移動網(wǎng)絡(4G)WIFI、手機互聯(lián)。那么一臺互聯(lián)網(wǎng)汽車里的車載主機到底有哪些部分呢？一個典型的車載主機系統(tǒng)常被稱作車載信息娛樂系統(tǒng)主要包括VehicleInterfaceProcessor(VIP),ApplicationProcessor(AP),TelematicsBox(T-Box)三個部分(有的也包括儀表部分)，F(xiàn)igure1-1表

2、示這三個部分框圖概要。Figure1-1.IVISystemBlockVIP部分介紹VIP是系統(tǒng)車載系統(tǒng)的核心，它負責幾個方面：電源管理、網(wǎng)絡、啟動ApplicationProcessor、監(jiān)控系統(tǒng)是否穩(wěn)定運行(包括溫度監(jiān)測、電壓監(jiān)測)、故障診斷信息、下線檢測等。IVI系統(tǒng)中的電源管理尤為重要，它控制著IVI系統(tǒng)的所有關(guān)鍵模塊的供電及根據(jù)電源模式改變工作模式，同時監(jiān)視正常運行時的電壓狀態(tài)。IVI系統(tǒng)的電源需要依賴整車供電系統(tǒng)，轎車的供電電壓是12V，但車廠要求在一定的電壓范圍內(nèi)所有整車電子器件工作必須穩(wěn)定，比如9V-16V之間。但極端情況下(電池老化虧電、缺電時接外部電源啟動源)在啟動時電壓范

3、圍可能會在6V-30V之間，這時要求對于啟動時需要運行的模塊的工作電壓范圍要達到6V-30V(如：起動機控制、發(fā)動機防盜、IVI系統(tǒng)中的VIP等)。車廠定義了整車電源管理規(guī)范，并定義在每種電源狀態(tài)下整車工作行為，在IVI系統(tǒng)中VIP負責電源狀態(tài)管理，需要根據(jù)規(guī)范和系統(tǒng)要求定義出多種工作模式：正常運行模式、關(guān)機模式、臨時使用模式、診斷模式、異常模式。在每種工作模式下VIP軟件會定義出IVI對應的運行狀態(tài)，每種狀態(tài)會定義出哪些模塊是需要正常工作的哪些需要關(guān)閉的。其中關(guān)機狀態(tài)并不是整個車載設備完全斷電，而是車載設備進入了深度休眠模式，在這種模式下的待機電流要符合車廠的標準(比如小于1mA或更小)；臨

4、時使用模式指在ACCON狀態(tài)下，用戶打開IVI系統(tǒng)使用，比如聽收音機看電影等。這些模式之間根據(jù)各種外部因素條件進行切換，外部條件包括：CAN網(wǎng)絡中的電源狀態(tài)消息，當鑰匙開關(guān)轉(zhuǎn)動時向CAN網(wǎng)發(fā)送電源狀態(tài)；用戶操作：在正常模式下短按下power鍵關(guān)屏，長按表示關(guān)機等；電源監(jiān)測：實時檢測電源電壓對不同范圍的電壓做不同處理等等。除此之外VIP還負責給AP供電，AP的各個模塊電源啟動順序有嚴格的要求，所以一般會使用配套的PowerManage門C(PMIC)來支持AP的上電，VIP只需要給PMIC供電和發(fā)送Reset信號即可。車載的網(wǎng)絡指的主要是CAN(ControllerAreaNetwork)網(wǎng)絡，

5、LIN(LocalInterconnectNetwork)。其中CAN已成為汽車動力系統(tǒng)和車身電子系統(tǒng)最主要的應用網(wǎng)絡。車廠定義IVI系統(tǒng)需要接收處理哪些CAN消息，和需要發(fā)送哪些消息到CAN網(wǎng)絡上。其中接收的消息一些由VIP直接處理，比如電源狀態(tài)，喚醒信號，警報音等等，其他的消息由VIP透傳給AP處理，如獲取車身ECU的狀態(tài)信息：車門車窗狀態(tài)，大燈狀態(tài)，車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、各種傳感器信號，空調(diào)狀態(tài)等等；另外IVI系統(tǒng)也需要發(fā)送控制及狀態(tài)信號到CAN網(wǎng)絡，實現(xiàn)信息同步及車身單元控制，比如空調(diào)控制、時間同步、車門車窗控制等等。IVI系統(tǒng)需要支持診斷功能，當從CAN網(wǎng)絡接收到診斷請求后，上報診斷碼。

6、一般在IVI系統(tǒng)中需要按照車廠的要求在固定周期時間內(nèi)監(jiān)測模塊狀態(tài)，如：顯示、攝像頭、USB、電源、收音機、天線、功放Speaker等的狀態(tài)。有些模塊需要由VIP檢測并生成診斷碼，如電源模塊。其他的模塊由AP檢測，并周期性地把診斷結(jié)果上報給VIP模塊，VIP統(tǒng)一把診斷信息保存在內(nèi)部存儲上。當收到診斷請求后把診斷碼發(fā)送到CAN網(wǎng)絡，由診斷儀接收處理。AP部分介紹AP在IVI系統(tǒng)中主要負責娛樂系統(tǒng)部分、車身部分功能控制、車身信息顯示、行車安全監(jiān)控等。在Figure1-1中AP相關(guān)部分描述了大部分的功能模塊。Audio模塊是IVI中最為復雜，它和許多模塊都有直接或間接的聯(lián)系；最容易出錯，調(diào)試周期長的模

7、塊之一。Figure1-3表示Audio子系統(tǒng)。Audio子系統(tǒng)從軟件實現(xiàn)的角度分為五個部分：DSP控制驅(qū)動，聲卡驅(qū)動，音頻策略，快速啟動時的聲音輸出，后期的性能調(diào)試；DSP的控制主要是芯片初始化及提供所有所需的的功能接口，包含音量控制、音源選擇、響度補償、音源平衡、速度音量補償、FaderBalance、EQ、Mute、ClickClackChime控制等；聲卡驅(qū)動主要需要實現(xiàn)多聲卡的實現(xiàn)及把DSP提供的接口封裝成ALSA接口；音頻策略定義了混音策略、各個音量的等級、響度補償策略等等應用場景；快速啟動時的聲音輸出主要是各種報警音、提示音的輸出，由于此時IVI系統(tǒng)還可能沒有正常工作，所以很多車

8、載使用VIP控制Audio模塊，這樣可以保證快速出聲。后期的性能調(diào)試主要是保證Audio的性能符合車廠的標準，如音量曲線，頻響曲線，最大輸出失真度等。通常在IVI系統(tǒng)中有Radio模塊、語音模塊、CD（現(xiàn)在已經(jīng)非常少見）模塊和Audio模塊關(guān)系很緊密，在這里把它們一起稱為Audio模塊，Radio部分包含F(xiàn)M、AM，若是海外版本通常會加上RDS和DAB功能。語音部分在車載中的地位越來越重要，它包括語音識別、控制、藍牙通話等，這些都能在汽車行駛中提高行車安全。語音處理過程中需要處理回聲消除/減少噪聲（EC/NR）以提高語音識別率和通話質(zhì)量。語音模塊中除了可以用語音芯片處理EC/NR外也可以使用純

9、軟件的語音算法庫來解決。Radio在車內(nèi)是最常用的功能之一，通常實現(xiàn)FMAM基本功能如：停臺、鎖臺、搜臺功能等，這些功能比較簡單。但是有些車廠使用雙Tuner提高用戶體驗，并且在海外版本增加DAB或RDS的功能，這些合在一起并且需要整合到Audio系統(tǒng)中軟件邏輯會變得相當復雜。另外Radio后期的性能調(diào)試尤其重要，比如鎖臺靈敏度，頻響，信噪比，失真，通道平衡，中頻抑制，鏡像抑制等。在最后的路試環(huán)節(jié)中Radio模塊也是重點測試的模塊。Figure1-3.AudioSubSystemBlockBT模塊最復雜的部分是協(xié)議棧，但是很少有車載廠商會自己單獨開發(fā)，通常是和專業(yè)的第三方開發(fā)機構(gòu)一起聯(lián)合開發(fā)。

10、車載廠商需要調(diào)通主機控制接口（HCI）和BT的音頻接口（PCM、IIS）。在實現(xiàn)BT的音頻接口時，需要特別注意一點是時鐘同步問題，否則上述提到的EC/NR算法就不能正確的消除回聲問題。主要解決方法是時鐘同源，確保Audio模塊和BT模塊使用同一BitClock或者使用同一參考時鐘。Figure1-4.BTandAudioSynchronousClock顯示、觸摸、背光控制在IVI系統(tǒng)中也有其特殊性。車載中的顯示分兩種：一體屏(Integrateddisplay)和遠程屏(Remotedisplay),一體機的前板(帶有顯示屏的電路板)和主機緊挨著且在結(jié)構(gòu)設計上結(jié)合在一起，顯示常使用RGB信號連

11、接，也有使用LVDS、HDMI接口。Figure1-5.IntegratedDisplayBlock由于有些車載設備屏和主機是分離開的(比如后枕屏)就不能使用RGB信號做顯示接口，常用LVDS、HDMI接口。但觸摸模塊不能使用這些接口，觸摸芯片常使用I2C通信，另外還有Reset控制和中斷信號，直接用線束連接會因距離過長影響觸摸性能?；诖祟悊栴}，一些芯片廠商提供了一組芯片，主要是AP端信號串行化，屏端還原信號。通過這組芯片不僅可以傳輸LVDSHDMI信號，還可以透傳I2C、中斷信號，這樣就很好的解決了遠程屏觸摸問題。這種方案也有缺陷比如調(diào)節(jié)背光的背光PWM信號無法通過這個串行芯片透傳。通常我

12、們可以選用一個能產(chǎn)生PWM且是I2C控制信號的芯片來解決這個問題，這樣可以通過I2C的透傳間接控制此芯片來實現(xiàn)背光控制。Figure1-6常見的遠程屏方案框圖。PWM“DJAaVkieaDeSerializerPWMChipRESETApplicationsProcessorVlideoSerializerTouchPWM“DJAaVkieaDeSerializerPWMChipRESETApplicationsProcessorVlideoSerializerTouchDisplayFigure1-6.Remotedisplayblock除此之外，IVI系統(tǒng)中的背光策略也值得一提，背光的控制

13、常依據(jù)四個條件：時間、CAN消息、感光Sensor、用戶設置。依據(jù)時間是把24小時劃分成幾個區(qū)間在各個區(qū)間背光值不同，這種方式比較粗略不能根據(jù)具體環(huán)境來調(diào)節(jié)；CAN消息是指通過獲取CAN上的背光消息來設置背光值；通過感光Sensor可以準確地探知環(huán)境光強弱實時調(diào)節(jié)背光；用戶也可以手動設置背光亮度。導航模塊是車載系統(tǒng)的重要功能之一，它主要使用GPS、G-Sense、Gyro三個芯片。通常由GPS提供的經(jīng)緯度和速度信息就已經(jīng)能定位，但行車環(huán)境復雜多變，時常進入隧道、或有高樓遮擋GPS信號、還有車速等一些因素使得無法準確定位，此時就需要慣性導航(DeadReckoning)技術(shù)輔助定位，DR原理是需

14、要Gyro提供實時的角加速度及G-sensor(此處表示ACC)提供的線性加速度作為參數(shù)，通過推算算法能精確的獲得車輛當前位置及方向。Gyro和G-sensor常組合在同一芯片中，GPS數(shù)據(jù)可以從單獨的芯片中獲取，如果T-box中有GPS模塊也可以從中獲取數(shù)據(jù)。如圖1-7左。由于DR算法比較耗費資源導致負載，因此有GPS廠商把DR算法集成在片內(nèi)flash中，此種方案需要GPS直接獲取Gyro和ACC數(shù)據(jù)，同時也需要AP提供倒車信號和當前速度，如圖1-7右。Figure1-7.NavigationblockUSB在IVI系統(tǒng)中主要用做HOST功能以識別U盤和給外設充電充電，但在調(diào)試階段還需要支持

15、Device功能以便下載鏡像及調(diào)試。所以IVI系統(tǒng)USB實際U需要支持OTG和充電功能。由于汽車提供的USB口(Receptacle)是TypeA類型的，它沒有IDPin的定義，這樣在調(diào)試時無法切換到Device功能，因此車載設備主板的USB接口通常是Mini/Micro類型的，再通過車載線束轉(zhuǎn)換為TypeA類型。標準的Mini/MicroPlug定義有兩種：Mini/Micro-AID腳接地為了使USBController切換到Host功能；Mini/Micro-BID懸空這樣會保證插入后USBController仍為Device模式；比如智能手機默認的都是Device模式，IDPIN是拉高

16、的，只有當插入Mini/Micro-APlug線(俗稱OTG線)才會切換到Host模式。但是車載USB默認是Host模式IDPin都是拉低的，這樣無論是Mini/Micro-A還是Mini/Micro-B都不能切換成Device模式，所以在調(diào)試過程中會使用一種IDPin拉高的特制線。表1-2列出了常規(guī)的Mini/Micro定義及特殊用法的定義。PinNameDescription1VBUS+5V2D-Data-3D+Data+4IDThepinusedbyOn-The-GoMini/Micro-Aplug:IDconnectedtoGND(Host)Mini/Micro-Bplug:IDnot

17、connected(Device)Specialplugforvehicle:IDPulledup5GNDSignalgroundTable1-2.USBusedinvehicle車載USB給外設充電，如果沒有充電芯片的支持，一般最大只能達到500mA的充電電流，但充電效果不理想，充電速度慢，而且不支持Apple設備的充電。充電芯片可以解決這些問題，充電芯片一般會支持CDP、DCP充電模式。有些充電芯片內(nèi)部設計有符合Apple規(guī)范的電路直接支持Apple設備充電無需軟件的介入。汽車上的攝像頭(Video)應用的非常廣泛，倒車攝像，環(huán)視，行車記錄，行車輔助等，在車載中常用CVBS攝像頭經(jīng)過Vid

18、eoCodec轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。常見設計有如下圖1-8兩種，第一種比較常用也容易理解，多個CVBS信號接入VideoCodec，AP會選擇使用哪路。第二種比較特殊，是因為有的車廠有快速顯示倒車需求，一般在2秒左右需要響應倒車信號顯示后攝像頭畫面，但由于此時IVI系統(tǒng)還沒有完全啟動，無法及時顯示出圖像。為了解決這種問題把AP的顯示數(shù)據(jù)當做VideoCodec的一個輸入源。正常啟動時顯示正常啟動畫面，當檢測到倒車信號后立即把顯示源切到Camera，這種方案可以解決快速倒車的問題。但這種方案同時帶來了很多弊端，比如Camera必須自帶倒車輔助線，圖像無法經(jīng)過軟件處理，也無法疊加等等。Figure1-8.VideoCamera有的車有360環(huán)視功能，實時顯示行車周圍的環(huán)境情況提高安全性，在硬件上只需接入多個攝像頭即可，但是軟件需要合成多路的圖像，這使得CPU負載很高，所以一般會選用帶DSP的AP，或者外加模塊單獨處理圖像合成。AP與VIP之間的通信，由于AP