充分交互 詳解車(chē)載信息系統(tǒng)平臺(tái)的未來(lái)發(fā)展

　　車(chē)載信息系統(tǒng)平臺(tái)綜述

　　未來(lái)的車(chē)載信息系統(tǒng)平臺(tái)將全面超越傳統(tǒng)汽車(chē)儀表的現(xiàn)有功能，系統(tǒng)主要功能包括：全圖形化數(shù)字儀表、GPS導(dǎo)航、車(chē)載多媒體影音娛樂(lè)、整車(chē)狀態(tài)顯示、遠(yuǎn)程故障診斷、無(wú)線(xiàn)通信、網(wǎng)絡(luò)辦公、信息處理、智能交通輔助駕駛等等。未來(lái)的車(chē)載信息平臺(tái)是人、車(chē)、環(huán)境的充分交互，集電子、通信、網(wǎng)絡(luò)、嵌入式等技術(shù)為一體的高端車(chē)載綜合信息顯示平臺(tái)。車(chē)載信息系統(tǒng)平臺(tái)的主要功能至少應(yīng)該包括以下方面：

　　儀表顯示

　　主要包含傳統(tǒng)儀表的所有功能。以液晶屏（LCD）作為顯示終端，所需的大量、復(fù)雜的信息能夠以圖形方式，靈活、準(zhǔn)確地顯示在LCD屏幕上?；镜囊笫歉吡炼蕊@示圖形，高實(shí)時(shí)性響應(yīng)，能夠接收來(lái)自CAN總線(xiàn)和傳感器的信號(hào)。

　　車(chē)輛監(jiān)控及遠(yuǎn)程故障診斷

　　通過(guò)收集的信息進(jìn)行車(chē)輛信息的診斷和分析，更加智能的監(jiān)控車(chē)輛的性能和狀況，并給予用戶(hù)提示，同時(shí)通過(guò)車(chē)載信息平臺(tái)的GPRS模塊將診斷分析數(shù)據(jù)與診斷服務(wù)中心實(shí)時(shí)雙向傳遞。通過(guò)外連GPS模塊和通訊模塊，并通過(guò)監(jiān)控中心，進(jìn)行車(chē)輛防盜監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制。

　　無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)

　　通過(guò)覆蓋全國(guó)的GSM/CDMA/GPRS信號(hào)，隨時(shí)隨地?zé)o線(xiàn)上網(wǎng)，最高速率可達(dá)153.6Kbps，可實(shí)現(xiàn)E-Mail、FTP、網(wǎng)上聊天、瀏覽信息、網(wǎng)絡(luò)游戲、圖片下載、移動(dòng)辦公、電子商務(wù)等網(wǎng)絡(luò)功能。速度快、性能穩(wěn)定、安全可靠。

　　導(dǎo)航信息

　　實(shí)現(xiàn)完善的導(dǎo)航功能。通過(guò)GPS全球定位系統(tǒng)，無(wú)論用戶(hù)在世界的任何角落，都能即時(shí)定位和連續(xù)定位，除了提供自主導(dǎo)航、信息查詢(xún)、最佳行車(chē)路徑計(jì)算、軌跡記錄和回放等功能之外，還提供交通堵塞預(yù)測(cè)、停車(chē)場(chǎng)停車(chē)向?qū)?、可與網(wǎng)絡(luò)連接的地圖數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新等高級(jí)功能。導(dǎo)航信息系統(tǒng)的顯示限于局部區(qū)域，應(yīng)不影響儀表系統(tǒng)的同時(shí)顯示。

　　車(chē)載電話(huà)

　　采用CDMA無(wú)線(xiàn)通信或VOIP網(wǎng)絡(luò)電話(huà)，車(chē)載免提與無(wú)線(xiàn)耳機(jī)無(wú)縫切換，保證車(chē)主在通話(huà)過(guò)程中的駕駛安全。

　　車(chē)載娛樂(lè)

　　車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)已經(jīng)由以前的收音機(jī)和一個(gè)卡帶機(jī)或CD機(jī)進(jìn)化成可以通過(guò)用戶(hù)和其它車(chē)輛通訊，擁有多種娛樂(lè)和信息的系統(tǒng)。比許多其它的音頻/視頻應(yīng)用，如家電的A/V系統(tǒng)應(yīng)用要求更豐富。滿(mǎn)足人們對(duì)汽車(chē)娛樂(lè)性、舒適性的要求，可進(jìn)行衛(wèi)星數(shù)字廣播接收、車(chē)載數(shù)字電視接收、CD/DVD播放等，并具有MP3/MP4/IPOD/USB等多媒體播放功能。音視頻文件可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)下載，徹底免去使用碟片的種種麻煩。前置中控臺(tái)或頭枕式真彩顯示屏和高保真車(chē)載音響，更是為用戶(hù)提供了專(zhuān)業(yè)級(jí)視聽(tīng)享受。

　　輔助安全駕駛

　　主要包括：駕駛員疲勞監(jiān)視，前、后方測(cè)距雷達(dá)系統(tǒng)，碰撞分析、剎車(chē)控制、安全報(bào)警系統(tǒng)以及輔助倒車(chē)后視系統(tǒng)。駕駛員監(jiān)視器安置于方向盤(pán)下方，用于拍攝駕駛員的面部，并自動(dòng)分析眼皮開(kāi)度，經(jīng)分析后如果發(fā)現(xiàn)有疲勞駕駛，會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)；同時(shí)，前方測(cè)距雷達(dá)和車(chē)后的測(cè)距雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)測(cè)量前、后方車(chē)距，并將此信息發(fā)送至碰撞分析單元。如果有碰撞危險(xiǎn)，會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)自動(dòng)剎車(chē)或控制安全帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使乘員在碰撞發(fā)生前處在一個(gè)提前設(shè)計(jì)的最佳姿勢(shì)，使事故的后果減小到最低。

　　其輔助倒車(chē)后視功能主要是通過(guò)撥倒檔，便可從高清晰液晶顯示屏上看到車(chē)后的全彩影像，輔助倒車(chē)、后視攝像頭具備防眩和夜視的功能，便于保證車(chē)主夜間倒車(chē)的安全。

　　新型智能交通系統(tǒng)的車(chē)載信息采集系統(tǒng)

　　獲得實(shí)時(shí)、可靠的交通信息一直是智能交通系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，建立智能交通車(chē)載信息采集系統(tǒng)，可以為智能交通系統(tǒng)中駕駛行為特性的研究、交通數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等提供良好的輔助測(cè)試、驗(yàn)證平臺(tái)，還可以作為一個(gè)輔助檢測(cè)手段，為我國(guó)智能交通系統(tǒng)多功能實(shí)驗(yàn)車(chē)的建設(shè)和發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，從而加速我國(guó)智能交通系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。

　　車(chē)載信息平臺(tái)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展

　　車(chē)載信息平臺(tái)包括多方面技術(shù)，下面僅將其中涉及到的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)單介紹如下：

　　基于嵌入式技術(shù)的Telematics系統(tǒng)

　　Telematics是一個(gè)由通信和信息科學(xué)組成的合成詞，通常稱(chēng)為車(chē)載遠(yuǎn)程信息處理。它綜合了汽車(chē)制造和IT技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通信、數(shù)字廣播等；同時(shí)，又依托于ITS的“3S”，從而迅速發(fā)展成為融合技術(shù)與服務(wù)的新業(yè)務(wù)。Telematics通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道連接車(chē)載終端機(jī)與服務(wù)中心，以構(gòu)成提供信息服務(wù)的通信鏈路。通過(guò)安裝于車(chē)內(nèi)的終端系統(tǒng)，分析汽車(chē)內(nèi)與車(chē)外發(fā)生的各種狀況，收集駕駛和行車(chē)所必需的各種信息，同時(shí)執(zhí)行一系列的必要控制，為駕駛員和乘客提供方便、安全和娛樂(lè)。

　　Telamatics的技術(shù)特征充分表現(xiàn)了現(xiàn)代科技的大融合。它應(yīng)用5種主要技術(shù)：衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS）；無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)；蜂窩通信技術(shù)（2G/3G）；專(zhuān)用短程通信的窄帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Dsrc）；數(shù)字廣播和多媒體廣播技術(shù)（DMB），融合成為4類(lèi)主要功能：

　?。?）基于衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS+GIS）的地面導(dǎo)航。根據(jù)道路狀態(tài)引導(dǎo)車(chē)輛以最佳路線(xiàn)抵達(dá)目的地。

　?。?）基于ITS數(shù)字廣播（GPS+GIS+LBS+CDMB）的智能交通。典型應(yīng)用為對(duì)路面實(shí)時(shí)狀況的領(lǐng)航。它不同于以地理信息為基礎(chǔ)的導(dǎo)航，而是在導(dǎo)航的基礎(chǔ)上，以路面上發(fā)生的實(shí)時(shí)位置信息（LocationBasedServices，LBS），引導(dǎo)車(chē)輛不僅選擇最佳地理路由，而且選擇所需時(shí)間最短的優(yōu)化路由。通過(guò)ITS信息中心發(fā)布的路面狀況實(shí)時(shí)多媒體信息，以廣播形式傳送語(yǔ)音、分析和測(cè)算處理的結(jié)果，以數(shù)據(jù)形式將遙感測(cè)量的地理數(shù)據(jù)合成為引導(dǎo)實(shí)時(shí)駕駛的領(lǐng)航圖，及時(shí)提醒駕駛員避開(kāi)交通堵塞或突發(fā)事件的路段，給出最佳修改行車(chē)路線(xiàn)，以最短時(shí)間到達(dá)目的地。

　?。?）基于無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)（2G/3G+Dsrc+WLAN）的遠(yuǎn)程信息服務(wù)。一方面以WLAN形式構(gòu)建車(chē)內(nèi)的微微網(wǎng)，以通用的信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化通信和信息服務(wù)，這與手機(jī)通信和無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)的功能基本一致；另一方面以RFID溝通標(biāo)簽與讀取器，再以Dsrc互聯(lián)服務(wù)中心，以信息平臺(tái)方式，既將ECU收集的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、尾氣、輪胎、汽油及行車(chē)狀況等的汽車(chē)信息送到服務(wù)中心的維修站，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程車(chē)輛故障診斷和求助；將過(guò)路的計(jì)費(fèi)信息和服務(wù)的費(fèi)用信息送到服務(wù)中心的結(jié)算站，服務(wù)中心可據(jù)此分析和判斷車(chē)輛有無(wú)故障、有無(wú)可能出現(xiàn)的失控、失盜等緊急情況，既能及時(shí)告知駕駛員，又能指令汽車(chē)減速、停止運(yùn)行或無(wú)法啟動(dòng)。同時(shí)，準(zhǔn)確記賬并自動(dòng)收費(fèi)。

　?。?）基于數(shù)字廣播技術(shù)（CDMB-T/CMMB+ITS）的車(chē)載文化娛樂(lè)。它不僅要在車(chē)上顯示電視節(jié)目、路面狀況、MTV、電子游戲等，還要顯示和管理個(gè)人節(jié)目信息資源（數(shù)據(jù)廣播），并隨時(shí)經(jīng)廣播寬帶下載地理、地貌、地圖等信息，還能顯示如E-Mail接收的互聯(lián)網(wǎng)信息。

　　Telematics裝置通常是一種嵌入式系統(tǒng)，它在軟、硬件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)上與普通嵌入式系統(tǒng)并沒(méi)有差異。在PC產(chǎn)業(yè)里，運(yùn)算平臺(tái)的選擇，也就是處理器及其相關(guān)參考設(shè)計(jì)的選擇，是相當(dāng)有限的，不外乎Intel或是AMD的那幾種，然而嵌入式系統(tǒng)的硬件卻需要面對(duì)各式各樣不同的需求。正確的選型及架構(gòu)設(shè)計(jì)必須能符合客戶(hù)及產(chǎn)品需求，這是一件相當(dāng)重要的事情。目前比較流行的一種基于嵌入式技術(shù)的Telematics系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其硬件系統(tǒng)采用了高效、靈活的ARM+FPGA構(gòu)架，其中ARM（AdvancedRISCMachine）是一種高性能的32位精簡(jiǎn)指令運(yùn)算集微處理器，主要完成外部數(shù)據(jù)采集、整理、分析、存儲(chǔ)等功能，F(xiàn)PGA（Field?Programmable?Gate?Array）即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，主要用于用戶(hù)界面的顯示。這種硬件架構(gòu)一個(gè)比較典型的應(yīng)用實(shí)例就是賽靈思與微軟汽車(chē)業(yè)務(wù)部推出的智能車(chē)載信息平臺(tái)，它又被稱(chēng)為MicrosoftTelematicsPlatform（微軟車(chē)載信息處理平臺(tái)），巧妙地通過(guò)語(yǔ)音命令結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)連接進(jìn)行通信和控制，是一種用于集成各種移動(dòng)設(shè)備和通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳送信息的集線(xiàn)器。

　　微軟公司的汽車(chē)業(yè)務(wù)部與賽靈思共同創(chuàng)建了能夠以低成本點(diǎn)提供這些優(yōu)點(diǎn)的硬件平臺(tái)，從而促進(jìn)了面向全世界駕駛者的更簡(jiǎn)單、更可靠且消費(fèi)得起的解決方案的開(kāi)發(fā)。

　　對(duì)任何硬件平臺(tái)而言，靈活性和伸縮性對(duì)架構(gòu)能否成功獲得市場(chǎng)接受都至關(guān)重要，無(wú)論是基本系統(tǒng)還是高性能的高端車(chē)載信息系統(tǒng)。鑒于此，微軟開(kāi)發(fā)了一個(gè)真正可以定制和伸縮的汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)車(chē)載信息處理平臺(tái)。

　　該平臺(tái)整合了一個(gè)基于A(yíng)RM9的微控制器，支持32MB閃存/32MBDRAM以上的內(nèi)存，并包含集成GPS藍(lán)牙和一個(gè)GSM電話(huà)模塊。外部車(chē)輛連接包括一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)接口以及有保護(hù)的模擬和數(shù)字I/O，用于實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)和按鈕輸入等功能。該平臺(tái)的基本架構(gòu)如圖1所示。

　　微軟利用了FPGA技術(shù)的靈活性和高集成度能力。該平臺(tái)使用了一個(gè)Spartan3XC3S400FPGA，用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)獨(dú)立的目的，如GSM電話(huà)接口、車(chē)輛接口（CAN控制器和K-線(xiàn)路）以及復(fù)雜的音頻信號(hào)調(diào)節(jié)和路由功能（如圖2所示）。

　　FPGA提供的高集成度也具有在一個(gè)器件內(nèi)包含多種總線(xiàn)、接口和時(shí)鐘的優(yōu)點(diǎn)，從而使利用EMI的設(shè)計(jì)容易管理。此外，減少組件數(shù)量和電路板空間將降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)更高的制造質(zhì)量，在任何汽車(chē)設(shè)計(jì)中這些都是重要的因素。

圖1 微軟遠(yuǎn)程信息處理硬件平臺(tái)架構(gòu)

　　在了解了車(chē)輛開(kāi)發(fā)的實(shí)質(zhì)和目前已有的眾多不同的車(chē)輛接口，微軟有意設(shè)計(jì)了一個(gè)靈活的解決方案，可允許對(duì)后端車(chē)輛接口進(jìn)行快速修改而不影響下層架構(gòu)和系統(tǒng)性能。例如，未來(lái)將有可能調(diào)節(jié)FPGA解決方案，使之能滿(mǎn)足帶有諸如MOST、IDB-1394或其它數(shù)字車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)等汽車(chē)總線(xiàn)的最終應(yīng)用的需求。

圖2賽靈思spartan3FPGA設(shè)計(jì)