基于ARM11的车载信息娱乐模块的开发与研究

admin

车载信息娱乐系统为提高汽车驾乘的舒适度起到了重要的作用，从而使得汽车娱乐系统在近些年得到了飞速发展。一方面，用户对多媒体娱乐的要求在逐步增高；另一方面，由于汽车电子软硬件技术的不断发展，也使得各种各样的汽车娱乐系统应用实现成为可能。车载娱乐系统的技术发展正在变得日益复杂，通过铜缆发送音频数据的简单音频系统已经成为过去。为了满足多通道音频处理和分布式视频的要求，复杂的网络处理变得越来越流行。特别是与数字传输内容保护(DTCP)加密和解密方法相关的面向媒体的系统传输(MOST)光网络正在被许多高档和中档汽车采用。


1 系统组成

系统采用飞思卡尔IMX35处理器，该处理器基于ARM11TM核心技术，高性能、低功耗、面向数据连接和多媒体而设计，可满足当前多媒体应用的各种需求。本系统通过蓝牙与带有蓝牙功能的手机相连实现免提通话，能够播放插入系统U盘中的多种格式的音频文件，车载GPS为驾驶者提供导航信息。通过MOST总线将车内功放、DVD机连接，传输音频、视频及控制命令等信息。信息娱乐模块的结构图如图1所示。

  
1.1 电源管理

汽车内的电源管理是一项具有挑战性的任务。汽车电源是电量受限制的电池。在汽车熄火之后，一方面，车内系统，尤其是信息娱乐系统不能有过大的耗电量，必须保证正常电池在几天、甚至几周后仍然能够顺利点火；另一方面，信息娱乐系统要能够在超低能耗的状态下对特定事件作出有效和及时的响应。解决方案就是根据具体的需要定制多层次的待机状态，使得信息娱乐系统能够随着时间的推移和电池电量的下降逐步进入各个低能耗待机状态，直至彻底关机。IMX35处理器具有不同层次的电源模式、待机模式、休眠模式、停止模式、静止模式。每种模式的耗电量逐步降低。

1.2 音频处理部分

音频系统分为3个部分，第一部分为USB部分，在该部分中IMX35将USB驱动器中的音频文件读出，根据设置选择播放方式，将音频信息传送至MOST经扬声器播放或通过耳机播放；第二部分为蓝牙部分，蓝牙系统将接收到的语音信息传送至IMX35，后根据设置选择播放方式；第三部分MIC部分，IMX35将MIC收集到的经CODEC处理后的音频信息，传送至蓝牙经编码发送到手机，手机通过无线网络将语音信息送至对方手机。第一部分和第三部分主要为数字方式，即通过串口或USB口传送PCM编码流。第二部分，包含模拟和数字两部分，首先对MIC采集到的语音信息通过运放进行条理，然后通过CODEC进行A/D采样后送至IMX35。对于耳机输出，则通过CODEC将IMX35传输过来的PCM编码流，进行D/A转换，转换成模拟信号送至耳机。所以CODEC最主要的工作有两个，一个是将由外界录进来的声波从模拟信号转换为数字信号交由IMX35系统处理，不论是从Mic In或是Line In录进来的模拟信号都必须经过这个程序，才能够让IMX35看得懂；另一个则是反向的流程工作，也就是将IMX35的数字音讯资料透过CODEC还原成模拟的声音。由此可知CODEC在音频系统的组件中所扮演的角色相当关键。

1.3 GPS部分

GPS车载应用是近年来GPS应用的一个热点，越来越多的消费者在车上添加GPS功能以方便出行。在本系统中，IMX35将接收到的GPS信息送至DVD机显示，并将地理位置信息通过MOST总线送至功率放大器进行语音播放。由于GPS系统接收来自遥远太空的微弱信号，本身对系统设计和元器件接收灵敏度的要求就很高，而车载GPS因应用环境特殊，在设计时需要注意更多的问题。要解决这些难题，除了保证芯片组接收到高质量的信号外，提高接收器的灵敏度也很重要。本系统采用了UBLOX公司的GPS芯片LEA-4A。

1.4 MOST通信

MOST总线在车载音频、视频等系统中越来越多地被应用。MOST总线不仅传送速率快，而且还具有衰减少、质量轻、抗电磁波干扰能力强等优点，MOST总线专门用于满足要求严格的车载环境。这种新的基于光纤的网络能够支持24.8 Mb/s的数据速率，与以前的铜缆相比具有重量轻和抗电磁干扰(EMI)的优点。MOST总线基于环形拓扑网络，一个网络上最多可高达64个主设备。

MOST传输协议由分割成帧的数据块组成，每一帧包含流数据、分组数据和控制数据。流数据与MOST时钟同步，并且不断地在网络中循环传输。分组数据与MOST时钟异步，根据需要产生。帧中分配给流数据和分组数据之间的带宽是可变的，以满足系统在特定时间的需求，并且其控制字包含数据类型、在帧中什么地方可以找到数据以及数据大小等流信息。控制信息可以在多个帧中分配，并且应该在接收设备中重建。

在本系统中，使用了两片OASIS公司的MOST控制芯片OS8104。系统中MOST的数据传输受IMX35的控制，IMX35与第一片OS8104间的控制信息传输通过SPI总线来实现，经过处理的数字PCM音频流传输通过串口来实现。而IMX35与第二片OS8104之间的数据信息传输则是通过8位并口总线实现, 在MOST网络中用来传送控制信息和一些异步数据。两MOST芯片通过TX与RX经电阻R422进行连接，在模块内部构成环路。然后连接到FOT接口上，该接口将接收的光信号转换成电信号，同样将要发送的电信号转换成光信号。

1.5 蓝牙部分

蓝牙系统采用CSR公司BC41B143。该芯片集成了Bluetooth 2.0+EDR蓝牙版本。2.0版本的蓝牙标准是 1.2版本的改良提升版，传输速率约在1.8 Mb/s~2.1 Mb/s，可以双工方式工作。即作语音通信的同时亦可以传输档案和高质素图片。IMX35通过USB接口与BC41B143通信，传递语音信息。

蓝牙天线的设计是蓝牙系统硬件设计中最重要的部分，它关系到接收信号的带宽、质量，影响着通信的好坏。同时成本也是考虑因素，在本系统中，选择了F形状的PCB走线制作蓝牙天线，这样与购买成品的蓝牙天线相比节省了很大成本。在天线的周围应该保证一定范围内没有任何金属器件，以免发射和接收受到干扰。产品完成后，通信结果表明，信号的质量良好，通信的状态稳定，误码率非常低。


2 软件组成

车载信息娱乐系统是一个多任务的复杂系统，其中包含有许多和汽车网络进行交互的子系统，系统软件的设计考虑了系统的实时特性。一方面，引入实时性设计能够为用户带来更好的应用体验，如稳定和流畅的多媒体播放、准确和有效的导航提示等；另一方面，系统的实时性设计能够保证某些关键任务的顺利执行，比如蓝牙电话等。

系统的软件采用了模块化设计，良好的软件模块能够保证某个模块中发生的故障不会导致其他模块也发生故障，更不会导致整个系统故障；发生故障的模块会很快重新启动，同时整个系统的其他部分正常运转。同时产生并记录故障代码，这样在系统诊断时，能够给诊断人员提供充足的信息，对于改进产品的缺陷，提高产品的质量有很大的作用。

本系统模块采用了Windows CE 6.0操作系统，CE 6.0在内核方面的改变主要是为了适应嵌入式设备硬件发展的要求，在进程数量方面，从过去最多运行32个进程，改变为最多运行32 000个进程；内存方面，从每个进程最多拥有32 MB虚拟内存空间改为最多拥有2 GB虚拟内存空间；在OS布局方面，将关键的驱动程序、文件系统和图形界面管理器(GWES)移到了内核中，可以更好地解决因为CPU在内核态和用户态间切换而造成的性能损失。

IMX35是专门用于车载多媒体应用的处理器，能够适应复杂的电磁环境，配合多种外设组成了稳定可靠的信息娱乐系统，产品能够长期稳定可靠的运行。