摘 要： 以飛思卡爾公司的ARM11處理器IMX35為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了一種車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng),，該系統(tǒng)包含藍(lán)牙、USB,、GPS,、CODEC等信息娛樂(lè)部分，并通過(guò)MOST(Media Oriented System Transport)標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)與車(chē)內(nèi)的其他模塊(如車(chē)內(nèi)功率放大器,、具有顯示控制功能的DVD機(jī)等)通信,。
關(guān)鍵詞： 多媒體；GPS,；藍(lán)牙,；CODEC
車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)為提高汽車(chē)駕乘的舒適度起到了重要的作用，從而使得汽車(chē)娛樂(lè)系統(tǒng)在近些年得到了飛速發(fā)展,。一方面,，用戶(hù)對(duì)多媒體娛樂(lè)的要求在逐步增高；另一方面,，由于汽車(chē)電子軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展,，也使得各種各樣的汽車(chē)娛樂(lè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)成為可能。車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展正在變得日益復(fù)雜,，通過(guò)銅纜發(fā)送音頻數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單音頻系統(tǒng)已經(jīng)成為過(guò)去,。為了滿(mǎn)足多通道音頻處理和分布式視頻的要求，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)處理變得越來(lái)越流行,。特別是與數(shù)字傳輸內(nèi)容保護(hù)(DTCP)加密和解密方法相關(guān)的面向媒體的系統(tǒng)傳輸(MOST)光網(wǎng)絡(luò)正在被許多高檔和中檔汽車(chē)采用,。
1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)采用飛思卡爾IMX35處理器，該處理器基于ARM11TM核心技術(shù),，高性能,、低功耗、面向數(shù)據(jù)連接和多媒體而設(shè)計(jì),，可滿(mǎn)足當(dāng)前多媒體應(yīng)用的各種需求,。本系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙與帶有藍(lán)牙功能的手機(jī)相連實(shí)現(xiàn)免提通話(huà)，能夠播放插入系統(tǒng)U盤(pán)中的多種格式的音頻文件,，車(chē)載GPS為駕駛者提供導(dǎo)航信息,。通過(guò)MOST總線(xiàn)將車(chē)內(nèi)功放、DVD機(jī)連接,，傳輸音頻,、視頻及控制命令等信息。信息娛樂(lè)模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,。
1.1 電源管理
汽車(chē)內(nèi)的電源管理是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù),。汽車(chē)電源是電量受限制的電池。在汽車(chē)熄火之后,，一方面,，車(chē)內(nèi)系統(tǒng)，尤其是信息娛樂(lè)系統(tǒng)不能有過(guò)大的耗電量,，必須保證正常電池在幾天,、甚至幾周后仍然能夠順利點(diǎn)火；另一方面,，信息娛樂(lè)系統(tǒng)要能夠在超低能耗的狀態(tài)下對(duì)特定事件作出有效和及時(shí)的響應(yīng),。解決方案就是根據(jù)具體的需要定制多層次的待機(jī)狀態(tài)，使得信息娛樂(lè)系統(tǒng)能夠隨著時(shí)間的推移和電池電量的下降逐步進(jìn)入各個(gè)低能耗待機(jī)狀態(tài),，直至徹底關(guān)機(jī),。IMX35處理器具有不同層次的電源模式、待機(jī)模式,、休眠模式,、停止模式、靜止模式,。每種模式的耗電量逐步降低,。
1.2 音頻處理部分
音頻系統(tǒng)分為3個(gè)部分，第一部分為USB部分,，在該部分中IMX35將USB驅(qū)動(dòng)器中的音頻文件讀出,，根據(jù)設(shè)置選擇播放方式，將音頻信息傳送至MOST經(jīng)揚(yáng)聲器播放或通過(guò)耳機(jī)播放,；第二部分為藍(lán)牙部分,，藍(lán)牙系統(tǒng)將接收到的語(yǔ)音信息傳送至IMX35，后根據(jù)設(shè)置選擇播放方式,；第三部分MIC部分,，IMX35將MIC收集到的經(jīng)CODEC處理后的音頻信息，傳送至藍(lán)牙經(jīng)編碼發(fā)送到手機(jī),，手機(jī)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將語(yǔ)音信息送至對(duì)方手機(jī),。第一部分和第三部分主要為數(shù)字方式，即通過(guò)串口或USB口傳送PCM編碼流,。第二部分,，包含模擬和數(shù)字兩部分,，首先對(duì)MIC采集到的語(yǔ)音信息通過(guò)運(yùn)放進(jìn)行條理，然后通過(guò)CODEC進(jìn)行A/D采樣后送至IMX35,。對(duì)于耳機(jī)輸出,，則通過(guò)CODEC將IMX35傳輸過(guò)來(lái)的PCM編碼流，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換,，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送至耳機(jī),。所以CODEC最主要的工作有兩個(gè)，一個(gè)是將由外界錄進(jìn)來(lái)的聲波從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)交由IMX35系統(tǒng)處理,，不論是從Mic In或是Line In錄進(jìn)來(lái)的模擬信號(hào)都必須經(jīng)過(guò)這個(gè)程序,，才能夠讓IMX35看得懂；另一個(gè)則是反向的流程工作,，也就是將IMX35的數(shù)字音訊資料透過(guò)CODEC還原成模擬的聲音,。由此可知CODEC在音頻系統(tǒng)的組件中所扮演的角色相當(dāng)關(guān)鍵。
1.3 GPS部分
GPS車(chē)載應(yīng)用是近年來(lái)GPS應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn),，越來(lái)越多的消費(fèi)者在車(chē)上添加GPS功能以方便出行,。在本系統(tǒng)中，IMX35將接收到的GPS信息送至DVD機(jī)顯示,，并將地理位置信息通過(guò)MOST總線(xiàn)送至功率放大器進(jìn)行語(yǔ)音播放,。由于GPS系統(tǒng)接收來(lái)自遙遠(yuǎn)太空的微弱信號(hào)，本身對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和元器件接收靈敏度的要求就很高,，而車(chē)載GPS因應(yīng)用環(huán)境特殊,，在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意更多的問(wèn)題。要解決這些難題,，除了保證芯片組接收到高質(zhì)量的信號(hào)外,，提高接收器的靈敏度也很重要。本系統(tǒng)采用了UBLOX公司的GPS芯片LEA-4A,。
1.4 MOST通信
MOST總線(xiàn)在車(chē)載音頻,、視頻等系統(tǒng)中越來(lái)越多地被應(yīng)用。MOST總線(xiàn)不僅傳送速率快,，而且還具有衰減少,、質(zhì)量輕、抗電磁波干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),，MOST總線(xiàn)專(zhuān)門(mén)用于滿(mǎn)足要求嚴(yán)格的車(chē)載環(huán)境,。這種新的基于光纖的網(wǎng)絡(luò)能夠支持24.8 Mb/s的數(shù)據(jù)速率，與以前的銅纜相比具有重量輕和抗電磁干擾(EMI)的優(yōu)點(diǎn),。MOST總線(xiàn)基于環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò),，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上最多可高達(dá)64個(gè)主設(shè)備。
MOST傳輸協(xié)議由分割成幀的數(shù)據(jù)塊組成，每一幀包含流數(shù)據(jù),、分組數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù),。流數(shù)據(jù)與MOST時(shí)鐘同步，并且不斷地在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)傳輸,。分組數(shù)據(jù)與MOST時(shí)鐘異步,，根據(jù)需要產(chǎn)生。幀中分配給流數(shù)據(jù)和分組數(shù)據(jù)之間的帶寬是可變的,，以滿(mǎn)足系統(tǒng)在特定時(shí)間的需求，并且其控制字包含數(shù)據(jù)類(lèi)型,、在幀中什么地方可以找到數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)大小等流信息,。控制信息可以在多個(gè)幀中分配,，并且應(yīng)該在接收設(shè)備中重建,。
在本系統(tǒng)中，使用了兩片OASIS公司的MOST控制芯片OS8104,。系統(tǒng)中MOST的數(shù)據(jù)傳輸受IMX35的控制,，IMX35與第一片OS8104間的控制信息傳輸通過(guò)SPI總線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)處理的數(shù)字PCM音頻流傳輸通過(guò)串口來(lái)實(shí)現(xiàn),。而IMX35與第二片OS8104之間的數(shù)據(jù)信息傳輸則是通過(guò)8位并口總線(xiàn)實(shí)現(xiàn), 在MOST網(wǎng)絡(luò)中用來(lái)傳送控制信息和一些異步數(shù)據(jù),。兩MOST芯片通過(guò)TX與RX經(jīng)電阻R422進(jìn)行連接，在模塊內(nèi)部構(gòu)成環(huán)路,。然后連接到FOT接口上,，該接口將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，同樣將要發(fā)送的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào),。
1.5 藍(lán)牙部分
藍(lán)牙系統(tǒng)采用CSR公司BC41B143,。該芯片集成了Bluetooth 2.0+EDR藍(lán)牙版本。2.0版本的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)是 1.2版本的改良提升版,，傳輸速率約在1.8 Mb/s~2.1 Mb/s,，可以雙工方式工作。即作語(yǔ)音通信的同時(shí)亦可以傳輸檔案和高質(zhì)素圖片,。IMX35通過(guò)USB接口與BC41B143通信,，傳遞語(yǔ)音信息。
藍(lán)牙天線(xiàn)的設(shè)計(jì)是藍(lán)牙系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中最重要的部分,，它關(guān)系到接收信號(hào)的帶寬,、質(zhì)量，影響著通信的好壞,。同時(shí)成本也是考慮因素,，在本系統(tǒng)中，選擇了F形狀的PCB走線(xiàn)制作藍(lán)牙天線(xiàn)，這樣與購(gòu)買(mǎi)成品的藍(lán)牙天線(xiàn)相比節(jié)省了很大成本,。在天線(xiàn)的周?chē)鷳?yīng)該保證一定范圍內(nèi)沒(méi)有任何金屬器件,，以免發(fā)射和接收受到干擾。產(chǎn)品完成后,，通信結(jié)果表明,，信號(hào)的質(zhì)量良好，通信的狀態(tài)穩(wěn)定,，誤碼率非常低,。
2 軟件組成
車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)是一個(gè)多任務(wù)的復(fù)雜系統(tǒng)，其中包含有許多和汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互的子系統(tǒng),，系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)考慮了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)特性,。一方面，引入實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)能夠?yàn)橛脩?hù)帶來(lái)更好的應(yīng)用體驗(yàn),，如穩(wěn)定和流暢的多媒體播放,、準(zhǔn)確和有效的導(dǎo)航提示等；另一方面,，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)能夠保證某些關(guān)鍵任務(wù)的順利執(zhí)行,，比如藍(lán)牙電話(huà)等。
系統(tǒng)的軟件采用了模塊化設(shè)計(jì),，良好的軟件模塊能夠保證某個(gè)模塊中發(fā)生的故障不會(huì)導(dǎo)致其他模塊也發(fā)生故障,，更不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)故障；發(fā)生故障的模塊會(huì)很快重新啟動(dòng),，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的其他部分正常運(yùn)轉(zhuǎn),。同時(shí)產(chǎn)生并記錄故障代碼，這樣在系統(tǒng)診斷時(shí),，能夠給診斷人員提供充足的信息,，對(duì)于改進(jìn)產(chǎn)品的缺陷，提高產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的作用,。
本系統(tǒng)模塊采用了Windows CE 6.0操作系統(tǒng),，CE 6.0在內(nèi)核方面的改變主要是為了適應(yīng)嵌入式設(shè)備硬件發(fā)展的要求，在進(jìn)程數(shù)量方面,，從過(guò)去最多運(yùn)行32個(gè)進(jìn)程,，改變?yōu)樽疃噙\(yùn)行32 000個(gè)進(jìn)程；內(nèi)存方面,，從每個(gè)進(jìn)程最多擁有32 MB虛擬內(nèi)存空間改為最多擁有2 GB虛擬內(nèi)存空間,；在OS布局方面，將關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)程序,、文件系統(tǒng)和圖形界面管理器(GWES)移到了內(nèi)核中,，可以更好地解決因?yàn)镃PU在內(nèi)核態(tài)和用戶(hù)態(tài)間切換而造成的性能損失,。
IMX35是專(zhuān)門(mén)用于車(chē)載多媒體應(yīng)用的處理器，能夠適應(yīng)復(fù)雜的電磁環(huán)境,，配合多種外設(shè)組成了穩(wěn)定可靠的信息娛樂(lè)系統(tǒng),，產(chǎn)品能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。
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