基于32位系統(tǒng)的車載多媒體導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于32位系統(tǒng)的車載多媒體導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車載多媒體導(dǎo)航系統(tǒng)，是在嵌入安裝在汽車環(huán)境使用的多媒體系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)。相對(duì)于手持式的個(gè)人導(dǎo)航產(chǎn)品（PND），車載多媒體導(dǎo)航產(chǎn)品需要應(yīng)對(duì)更為嚴(yán)苛的環(huán)境和性能要求。首先，是超過工業(yè)產(chǎn)品的工作環(huán)境溫度要求。其次，是點(diǎn)火系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等強(qiáng)電磁干擾對(duì)接收極微弱GPS信號(hào)的導(dǎo)航系統(tǒng)的干擾。此外，震動(dòng)對(duì)于產(chǎn)品的要求也是一個(gè)難題。其他像鹽霧、潮濕、油污等環(huán)境因素，都對(duì)車載產(chǎn)品提出更高要求。

即使是在惡劣環(huán)境下，車載產(chǎn)品的可靠性要求仍需要保持在一個(gè)相當(dāng)高的級(jí)別之上。因而在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，我們需要在可靠性、可用性等方面花費(fèi)比在其他家用產(chǎn)品和一般工業(yè)產(chǎn)品多許多倍的精力和時(shí)間。一個(gè)車載產(chǎn)品，在完成設(shè)計(jì)后，要安裝進(jìn)汽車中應(yīng)用，要經(jīng)過非常冗長(zhǎng)而繁雜的測(cè)試過程，特別是漫長(zhǎng)的路測(cè)，這個(gè)實(shí)際的技術(shù)和工程需要，導(dǎo)致新技術(shù)新器件進(jìn)入車載的幾率大大減小，速度大大慢過消費(fèi)和其他領(lǐng)域。

車載音響產(chǎn)品，從收音機(jī)、磁帶機(jī)到CD播放機(jī)，經(jīng)歷了數(shù)十年的逐步完善和提升過程。在車載CD剛剛開始普及的時(shí)候，車載產(chǎn)品就已經(jīng)面臨將導(dǎo)航、互聯(lián)網(wǎng)、甚至移動(dòng)計(jì)算等功能快速納入的壓力和實(shí)際需要，固體儲(chǔ)存和數(shù)字壓縮音樂、數(shù)字聲音廣播和數(shù)字電視廣播等各種功能不斷地進(jìn)入車載系統(tǒng)。

隨著LCD應(yīng)用的日趨成熟，汽車影音產(chǎn)品全面進(jìn)入平板顯示時(shí)代。從儀表盤的升級(jí)換代，到內(nèi)容顯示方式和檔次的提升，以顯示為中心的汽車產(chǎn)品需求已經(jīng)實(shí)實(shí)在在擺在我們的面前。其中，導(dǎo)航產(chǎn)品成為汽車標(biāo)配部件，在高端汽車中已經(jīng)變成現(xiàn)實(shí)；而在普通汽車中的實(shí)現(xiàn)也是指日可待。

車載音響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的演化歷程

長(zhǎng)期以來，車載音響產(chǎn)品都是在簡(jiǎn)單的邏輯控制結(jié)構(gòu)上面發(fā)展，起初，系統(tǒng)主要支持收音功能，后來有了磁帶播放設(shè)備，這類系統(tǒng)不需要負(fù)載控制，簡(jiǎn)單的邏輯控制就能滿足需要。當(dāng)CD進(jìn)入汽車領(lǐng)域，車載音響就進(jìn)入了4位MCU時(shí)代，AM/FM收音的調(diào)諧控制、按鍵、顯示以及CD的處理，一個(gè)4位單片機(jī)就足夠應(yīng)對(duì)，這種狀況延續(xù)了十多年的時(shí)間，直至今天，4位單片機(jī)依然是市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。

按說，車載音響產(chǎn)品也應(yīng)該像技術(shù)發(fā)展的順序一樣，經(jīng)歷4位、8位、16位，然后到32位的發(fā)展過程，目前8位MCU的確進(jìn)入了車載音響，但是，8位MCU還沒有成為汽車領(lǐng)域的市場(chǎng)主流，尚未獲得較大的份額。在摩爾定律作用下，半導(dǎo)體呈現(xiàn)的加速現(xiàn)象，以及車載產(chǎn)品對(duì)可靠性和認(rèn)證的嚴(yán)酷要求，使得8位MCU還沒有普及，16位還很少應(yīng)用，而我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一步跨入了32位時(shí)代。

基于32位系統(tǒng)的車載多媒體導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

在今天的車載產(chǎn)品中，我們采用32位CPU的設(shè)計(jì)，面臨幾個(gè)棘手的特殊要求：

低待機(jī)功耗的要求

車載設(shè)備在待機(jī)時(shí)，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其實(shí)際消耗電流的要求很低。

基于嵌入式操作系統(tǒng)的快速響應(yīng)難題

在使用32位CPU的車載導(dǎo)航系統(tǒng)里面，我們無一例外的都需要一個(gè)操作系統(tǒng)（OS）來支撐工作，但是目前的任何一個(gè)操作系統(tǒng)對(duì)于車載產(chǎn)品來說都是一個(gè)龐然大物，其內(nèi)部復(fù)雜和漫長(zhǎng)的處理過程，導(dǎo)致其系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間同應(yīng)用環(huán)境的要求有一個(gè)比較大的差距。解決這樣的嵌入式系統(tǒng)的快速響應(yīng)問題，是一個(gè)難題，也是一個(gè)車載項(xiàng)目的基本要求。

不同格式顯示屏和觸摸面板

LCD顯示屏按照其驅(qū)動(dòng)方式的不同，有模擬和數(shù)字驅(qū)動(dòng)兩種不同的方式。我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持兩種不同的驅(qū)動(dòng)方式的顯示屏。目前，在汽車中應(yīng)用的主要是6.2、6.5或者7寸LCD屏，多數(shù)分辨率是480×234的，也有少數(shù)的分辨率是640×480。

符合人體工程學(xué)的整體界面設(shè)計(jì)

1）按鍵、遙控和飛梭

按鍵始終是電子產(chǎn)品的必要的輸入設(shè)備，在具有觸摸屏的設(shè)計(jì)中，我們僅保留一些基本的按鍵，如開關(guān)機(jī)、出碟、或者一些直接切換功能的按鍵，其他應(yīng)該盡量體現(xiàn)在觸摸屏上，通過靈活的顯示提示來予以實(shí)現(xiàn)。

雖然汽車環(huán)境的狹小，但為了后排乘客的方便，也需要有遙控功能。從收音機(jī)年代開始的調(diào)諧和音量等調(diào)整，相關(guān)產(chǎn)品一般都需要設(shè)置一個(gè)或者兩個(gè)采用飛梭工藝的旋鈕，用來快速和直觀調(diào)整音量等，在32位設(shè)計(jì)中，我們依然保持這個(gè)風(fēng)格。

2） 觸摸屏和書寫識(shí)別

近幾年來，通過觸摸和拖動(dòng)來實(shí)現(xiàn)選擇和調(diào)整，是電子產(chǎn)品輸入技術(shù)的重大進(jìn)步，也是一個(gè)產(chǎn)品的可銷售性能的重要競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)。在32位系統(tǒng)中，我們能夠容易地通過電阻式觸摸屏來實(shí)現(xiàn)這些功能。

在導(dǎo)航應(yīng)用中，還需要支持書寫功能，為了滿足汽車環(huán)境的特殊需要，我們還可以設(shè)計(jì)采用藍(lán)牙方式的無線手寫輸入板，將其安裝到方向盤上面，方便司機(jī)操作。

3） 簡(jiǎn)單明了的操作界面

人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，是一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。如何通過周密而認(rèn)真的設(shè)計(jì)，讓消費(fèi)者能夠直觀、簡(jiǎn)單地操作產(chǎn)品，是一個(gè)難題。

多種系統(tǒng)喚起方式

在更加好的人體工學(xué)的要求下，系統(tǒng)通電狀態(tài)下，從待機(jī)狀態(tài)喚醒系統(tǒng)的方式需要多種。

實(shí)時(shí)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)

汽車上需要給使用者提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，車載音響一般都需要設(shè)計(jì)一個(gè)。

多種視頻信號(hào)輸入和處置方式

支持前臺(tái)和后臺(tái)操作方式。前臺(tái)是嵌入在操作臺(tái)上面的，主要提供給司機(jī)使用，顯示各種交互式控制信息和導(dǎo)航信息。后臺(tái)輸出是提供給后排乘客使用的，主要是提供多媒體內(nèi)容，供后排乘客欣賞。

如何同ECU通信

在高級(jí)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，車載音響可以同汽車主ECU通信，將汽車運(yùn)作和行駛的一些主要參數(shù)在顯示器中顯示出來。

方向盤控制器

方向盤控制器使駕駛員可以方便地控制設(shè)備，該設(shè)計(jì)是通過ECU來實(shí)現(xiàn)的，多數(shù)設(shè)計(jì)的方向盤是直接連接到車載設(shè)備的，我們需要根據(jù)目標(biāo)車型來開發(fā)和實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)亮度控制功能

在汽車中應(yīng)用的顯示器產(chǎn)品，應(yīng)該有一個(gè)性能優(yōu)異的自動(dòng)亮度控制裝置，以滿足快速變化的照明環(huán)境需要。為此，我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)計(jì)一個(gè)光學(xué)傳感器，系統(tǒng)根據(jù)外部照度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)顯示器的顯示指標(biāo)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖1。本設(shè)計(jì)中可以增刪的系統(tǒng)功能有如下幾個(gè)方面：

無碟片系統(tǒng)

對(duì)于熱愛FLASH的用戶，碟片已經(jīng)是一個(gè)多余和麻煩的部件，我們的設(shè)計(jì)可以方便地簡(jiǎn)化為一個(gè)無碟片系統(tǒng)，通過FLASH卡和內(nèi)置的NAND FLASH、USB等設(shè)備作為數(shù)字內(nèi)容的載體。

單碟CD或者DVD

基本配置中，我們推薦采用一個(gè)單碟的CD或者DVD。

前置換碟器

如果客戶需要前置換碟器，6碟的換碟器是一個(gè)比較好的選擇，將其安裝在機(jī)身內(nèi)部，但是面板設(shè)計(jì)有一定難度，選型要保證與空間方面的配合。

后置換碟器

我們的設(shè)計(jì)支持后置的CD或者DVD換碟器，支持換碟器的圖像輸入和切換處理等。

AM/FM收音機(jī)和RDS

在DTS系統(tǒng)中，RDS是一個(gè)選擇項(xiàng)目，通過32位CPU的強(qiáng)大功能，我們能夠?qū)崿F(xiàn)RDS的各種級(jí)別的功能和需要，達(dá)到能夠支持TMC實(shí)時(shí)路況導(dǎo)航的功能。

DAB系統(tǒng)

在歐洲等采用DAB的環(huán)境里面，我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以通過模塊接入的方式，支持DAB以及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)廣播功能。

藍(lán)牙

作為短距離通信的首選技術(shù)，藍(lán)牙在汽車內(nèi)部的應(yīng)用已經(jīng)是一個(gè)必備項(xiàng)目。

免提電話接入功能

首先我們需要通過藍(lán)牙支持汽車內(nèi)部的免提通話功能，通過產(chǎn)品內(nèi)置的抗干擾的麥克風(fēng)陣列和車內(nèi)揚(yáng)聲器，完成免提通話的功能。未來的開發(fā)，我們的藍(lán)牙系統(tǒng)還將支持藍(lán)牙后視倒車鏡或者倒車?yán)走_(dá)，通過無線技術(shù)，降低連線工藝和工程難度。

手機(jī)充電電源支持

通過USB端口，本設(shè)計(jì)可以為支持USB充電的手機(jī)提供充電功能。

系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

一個(gè)好的產(chǎn)品，僅僅有好的電路和軟件還不夠，良好的工藝設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品量化的關(guān)鍵因素。在采用32位CPU實(shí)現(xiàn)的車載多媒體導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們將復(fù)雜的導(dǎo)航和控制系統(tǒng)、LCD驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)放置在LCD屏的后面，采用雙面SMT工藝。而電源、音頻處理等模塊則放在主板上，采用一個(gè)雙面板的單面SMT工藝。DVD或者CD模塊采用機(jī)芯下的單PCB工藝，通過線纜接入系統(tǒng)。整個(gè)工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔可靠，空間利用率高，連接端口少，加工方便，至通率高。

作者：黃楊梓

深圳市圖林電子設(shè)計(jì)有限公司