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| 车载Telematics/资讯娱乐系统设计规划 |
| 2008年7月9日 09:42
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The Design Plan for Automotive Telematics and Infotainment System
意法半导体大中华区汽车广播及多媒体部门技术营销经理 Ralf Kilguss
在汽车电子的系统分类中，车体、传动和安全等三大系统单元与行车操控有直接的关系，它们决定了车子的行驶性能与安全性；除了这三大基本功能，第四大系统单元则是定位变化最大的车载资讯娱乐系统，此单元虽然并不直接影响行车驾驶的安全性，但却与行车的舒适性及便利性息息相关。
在这个单元中，最基本的配备即模拟AM/FM广播及音乐CD的播放设备，它们兼具娱乐及交通状况的掌握功能。随着技术的演进，除了音乐广播迈向数字化外，开始加入车载GPS导航及数字电视/DVD/VCD的播放功能，以及移动电话(GSM/GPRS)的语音通话及信息连接功能，另外还有短距离通讯(Dedicated Short Range Communication, DSRC)及高级数据链接控制(High level Datalink Control, HDLC)等功能。
这些原本各自独立的功能，在进入车载的领域后，不断地出现新的整合性应用，例如Telematics系统，即是结合GPS、GSM/GPRS、DSRC及交通信息数字广播等功能而产生的整合性服务，能够提供实时路况导航、指引最佳的行车路线（避开拥塞路段）、提供汽车状况诊断、失车寻回、预约停车位、电子收费（Electronics Toll Collection, ETC）及进行紧急状况呼叫等多样性的加值服务。
这些功能的衍生，也让车载Telematics/资讯娱乐系统的设计变得日益复杂。本文将全面探讨车载Telematics/资讯娱乐系统的应用趋势、组成架构及设计要领。
Telematics平台与系统规划
包括信息、通讯与娱乐等功能的Telematics/资讯娱乐系统车载机看似相当复杂，其实在软、硬件系统架构上与今日盛行的嵌入式手持设备并没有太大的差异。其基本架构由主控制器/处理器、GPS引擎、影音译码器、无线通讯模块和影音输出装置等单元构成。但由于应用领域不同，车载机在软件层面、系统可靠性及延伸性外围接口上有其专属的特性。
采用为车载Telematics量身订制、具定制化弹性的开发平台，有助于加速特定需求产品的上市过程。以NaviFlex数字整合平台为例，它的主要硬件架构包括多媒体应用处理器和GPS接收器，并支持广泛的外围接口，以满足车载收音机、导航和telematics、车内连接功能（如免手提/音乐串流）、影音播放媒体设备、移动电视和后座娱乐等需求。请参考(图1)。
图1 Telematics平台架构示意图（以NaviFlex Pro为例）
主控制器/处理器
Telematics车载机的主控制器/处理器为运算及控制的核心，随着工作负载的不断增加，此类主控制器/处理器的需求规格不断提升，从16位MCU逐步提升到32位MCU，甚至采用高整合度的SoC应用处理器；在处理器核心方面，大致上又可分为ARM7及ARM9两种等级，下一代的高端产品将会搭配更强大的ARM11核心，并采用先进的65纳米制程。
以ST的Nomadik应用处理器为例，可以看出Telematics/资讯娱乐系统车载机的技术需求。为了实现复杂的应用功能，Nomadik选择采用多核心分布式处理的架构，也就是以ARM为控制核心，并搭配多颗硬件或DSP加速器，以达成最佳化的处理效能。请参考(图2)。
图2 分布式处理模式（以Nomadik为例）
这些加速器包括视频加速器、音频加速器、2D/3D绘图加速器、Java加速器、加速功能硬件(Acceleration Hardware)等。其中视频加速器支持最新的H.264/AVC解码，能提供每秒30帧的VGA输出质量；音频加速器则支持多种音频标准，如MP3、AAC、AAC+、WMA、Midi合成，以及高端多信道音频，如MP3Pro、MWA、DTS-ES、AAC、Dolby Digital-EX等，它还具备一个24位音频数据信道，也能提供噪声抑制、回声消除、立体声强化与环绕音效等功能。此外，强化的3D绘图加速器，可用于地图绘制和人机接口的显示功能。
弹性的多核心架构让使用者能快速的整合自己专属的算法，并能支持新的音、视频编解码格式。除了以分布式架构来提升影音多媒体的处理效能及降低功耗外，作为应用处理器，Nomadik也提供广泛的连接性，能透过UART连接GPS导航器、GSM/GPRS及蓝牙无线通讯模块；能延伸包括NAND闪存、CF Card、微型硬盘、SD Card、SDRAM等多种存储设备或内存。请参考(图3)。
图3 采用多核心架构并具广泛功能延伸性的应用处理器架构（以Nomadik STn8810为例）
当然，它也支持包括CD/DVD/Radio/TV播放器及USB OTG等广泛的外围接口，以延伸Telematics平台的功能。此外，CAN总线是与车载系统中其它单元连接的重要接口，因此Telematics装置往往也需内建CAN 总线控制器；MOST则是应车用影音多媒体而出现的新高速总线规格。
多媒体应用功能
以应用处理器为核心，Telematics车载机能提供多样化的信息、通讯和娱乐等应用功能。先来谈谈娱乐功能的实现，包括模拟及数字AM/FM音频广播、卫星广播、数字电视广播、CD/DVD播放等。
在车用音频广播方面，目前全球存在多种模拟与数字的规格，模拟方面包括既有的AM及FM频道，以及美国的天气频道。模拟音频广播仍是今日车载广播的主流应用，核心架构包括AM/FM接收器及播放机制、驱动多个喇叭的音频功率放大器，其中接收器又包括RF的解调器及信号处理的音频处理器。
数字音频广播又可分为地面广播，包括DAB/DMB、Digital Radio Mondiale（DRM）、HD Radio，以及卫星广播，包括XM Radio、Sirius和WorldSpace。其中数字音频广播让基地台能更有效地利用频谱，提升接收性能，而且易于使用。除了声音的传送外，它也能同时传送影像与数据服务，因此已是汽车娱乐的重要应用趋势。
在技术上，数字音频广播将高频模拟讯号转为中频后，再转为数字信号，通过数字信号处理(DSP)技术，包括声调(tone)、音量、渐大渐小和平衡，以及声音的参数性等化等音频效果的数字化处理，可有效改善接收稳定性及音频质量。请参考(图4)。
图4 数字音频广播硬件架构
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