一種兩機四屏的車載多媒體AVNT系統方案設計與實現

鐘克華，鐘蔓芩

（1.廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州510640；2.東南大學電氣工程學院，江蘇 南京210096）

時代的發展，車輛中控和儀表從原來的機械儀表和收音機組合發展成為了數字化的多媒體設備，集成AVNT（Audio Video Navigation Telematics，音視頻、導航、車聯網）功能，滿足人們日益增長的需求。隨著車輛舒適性提高，要求AVNT功能集成越來越多，性能要求也越來越高。然而功能和性能兩者間會存在矛盾，即功能多會影響性能指標，影響用戶體驗，包括響應速度和運行流暢等。為解決這種功能和性能的矛盾問題，一種兩機四屏的車載AVNT系統方案被提了出來。本文對其設計和實現進行介紹。

1 功能需求

系統組成：本方案的兩機四屏車載AVNT系統，由前主機、中控屏、儀表屏、后主機、左后娛樂屏、右后娛樂屏組成，分別組成兩個獨立單元；其中前主機與中控屏、儀表屏組成前排控制單元，后主機與左后娛樂屏、右后娛樂屏組成后排娛樂單元RSE（Rear Seat Entertainment，后座娛樂）。兩個單元可以獨立運行，也可以通過以太網進行交互，組成系統運行。

前排控制單元是系統的主要部分，提供車輛控制、車輛信息顯示、通信導航、生活娛樂和用戶個性化設置等功能，滿足車輛主體功能需求；后排娛樂單元是重要組成部分，提供音樂視頻、生活出行、應用生態、娛樂和游戲等功能，豐富車輛生態內容。

經過對用戶功能需求的分析和整理，分解為開發需求：前主機需求和后主機需求，兩部分通過以太網進行交互，形成一個完整的系統，如圖1所示。

1.1 前主機功能

1）主要功能：前主機的開發功能需求包括：儀表屏顯示、中控屏顯示、線控、收音、音效、BT（Blue tooth，藍牙）、WiFi（無英文全稱，一種無線局域網技術）、以太網、MIC（Microphone，麥克風）輸入、Horn（喇叭）音頻輸出、視頻輸入、視頻輸出、語音識別、安全加密、數據運行和存儲、GNSS（Global Navigation Satellite System，全球導航衛星系統）衛星定位、CAN（Controller Area Network，控制器局域網絡）總線接口、USB（Universal Serial Bus通用串行總線）接口等。其中：運行采用DDR（Double Data Rate，雙倍速率同步動態隨機存儲器，簡稱內存）內存；數據存儲采用EMMC（Embedded Multi Media Card，內嵌式存儲卡，簡稱存儲卡）卡；衛星定位，支持北斗和GPS（Global Positioning System，全球定位系統）；對數據采集和顯示需要進行大數據量的傳輸，采用LVDS（Low Voltage Differential Signal，低振幅差分信號技術）技術，支持高速數據傳送；為滿足用戶易用性，USB支持OTG（On The Go，一種應用于不同的設備或移動設備間的連接進行數據交換的技術）方式實現設備間的數據傳送。

2）備選功能：考慮到用戶需求多樣性，滿足用戶選擇配置的需求，可以采用設計好功能以軟件激活的方式開通使用，功能包括：擬人助手、AVM（Around View Monitor，全景影像系統）全景環視、RVC（Rear View Camera，倒車影像）倒車影像功能，倒車影像數據傳輸采用CVBS（Composite Video Broadcast Signal，復合視頻廣播信號）技術。

3）擴展功能：考慮系統擴展性能，以利于日后功能擴展需要，可以采用預留硬件設計和接口，待需要時開發軟件的方式解決功能需求，這些功能包括：DMS（Driver Monitoring System，駕駛員監控系統）駕駛監控、DVR（Digital Video Recorder，數字視頻錄像機）行車記錄、NV（Night Vision，夜視）夜視等功能。

1.2 后主機功能

后主機的開發功能需求包括：后排左右屏顯示、音頻輸出、BT、WiFi、以太網、視頻輸入輸出、安全加密、數據運行和存儲、CAN總線接口、USB接口，DSP（Digital Signal Process數字信號處理）處理等。

1.3 前后主機功能交互

前排主機和后排主機分處兩個獨立的單元，兩個主機間通過以太網進行信號傳輸和功能交互。利用虛擬網關（Gateway，網關）進行網絡管理。

2 硬件設計

2.1 電子系統圖

此兩機四屏方案中，電子系統框圖如圖2所示。前后兩個主機采用相同的主芯片，前主機運行內存為8GB，存儲容量為64GB；后主機運行內存6GB，存儲容量為32GB。

2.2 主芯片

1）主芯片：采用Renesas（瑞薩，芯片公司）芯片，型號為R-car M3，是一種SOC（System on Chip，系統級芯片）汽車芯片，提供ARM（Acorn RISC Machine，Acorn公司的微處理器）雙核cortex-A57以及4核cortex-A53的高性能CPU、3D圖像識別處理引擎，符合ISO 26262（ASIL-B）的安全等級，支持系統級封裝SIP，集成高速緩存，帶有HSM（Hardware Security Module，硬件安全模塊）功能。

圖1 車輛AVNT系統功能結構圖

2）微控制單元：MCU采用Renesas的RH850 32位芯片，型號為R7F7016213AFP，支持CAN信號處理。

3）藍牙和WiFi模塊：采用Murata（村田，芯片公司）的WiFi+Bluetooth Module芯片，型號為：SP-LBEE6ZZ1TD，藍牙支持Bluetooth V 4.2協議、WiFi支持IEEE 802.11a/b/g/n/ac協議。

3 軟件設計

本系統包括前主機和后主機，前后主機擔負的功能不同，按兩套不同的軟件進行設計。其中，前主機承擔系統的控制等核心功能，要求較高，軟件更復雜；后主機承擔娛樂功能，豐富系統的生活及娛樂功能，整體較簡單。

3.1 前主機軟件設計

前主機采用雙系統設計，分為QNX系統（Quick UNIX，汽車電子端的Unix操作系統）和Android（安卓操作系統，移動設備端的Linux操作系統）系統兩個系統。

3.1.1 雙系統軟件功能分工

QNX系統具有穩定和響應快速的特點，把需要快速響應的功能布置在QNX系統上，包括：QNX操作系統、電源管理模塊、診斷模塊、RVC和OPS（optical parking system，可視化駐車系統）信息顯示、儀表應用、HVAC（Heating Ventilation and Air Conditioning，空調）空調應用、調試與資源管理、安全。

圖2 電子系統框圖

Andriod系統具有開放和便利的特點，可把對響應時間要求不太高的功能布置在Android系統上，包括：Android OS（operation system，操作系統）、Android Framework框架、電源管理、Tuner收音、多媒體、音源管理、藍牙管理、本地語音和在線語音模塊、WLAN無線網絡模塊、導航與地圖、圖片瀏覽、Carplay（蘋果公司Carplay應用）& carlife（百度公司Carlife應用）手機互聯、軟件下載模塊、Web瀏覽、通過OEM（Original Equipment Manufacturer，定點生產）在線服務、第三方應用、APP應用商店、安全、AVM全景模塊、DVR功能、DMS系統、FOTA（File Over the Air，空中下載）遠程升級。

3.1.2 整體軟件架構

軟件采用分層設計。前主機軟件的整體軟件架構，分別包括MCU、SOC QNX和Android整體軟件架構，分別如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

在SOC架構中，采用Hypervisor（中間軟件層，也叫virtual machine monitor，虛擬機監視器）虛擬化技術，雙系統（Android OS和QNX OS）共享硬件資源。

3.1.3 前主機兩個系統間信息交互

前主機的雙系統信息交互采用虛擬以太網的方式交互，如圖7所示。CAN信息［1-2］交互采用虛擬SPI的方式交互，如圖8所示。

圖3 MCU整體軟件架構圖

圖4 SOC整體軟件架構圖

圖5 QNX整體軟件架構圖

圖6 Android整體軟件架構圖

圖7 前主機信息交互

圖8 前主機CAN信息交互

3.2 后主機軟件設計

1）應用雙開：RSE系統的后主機使用Android操作系統。使用Android系統所支持的多用戶功能，利用應用雙開技術，實現一機雙屏。兩個用戶的應用彼此分開，隔離開來，獨立運行，如圖9所示。

2）系統架構：后主機SOC的系統架構，如圖10所示。

圖9 后主機應用雙開

圖10 后主機系統架構

4 實現與應用

因設計時采取了備選功能和擴展功能方式進行設計，故應用中可以獲得多方式組合，以實現車載多媒體的高、中、低配置等多種配置方案。可以組合成如下方案。

1）方案1（高配方案）：二機四屏前后交互方案。前排主機一機兩屏（中控+儀表），后排主機一機兩屏，前排與后排交互功能。

2）方案2（中配方案）：二機四屏前后無交互方案。前排主機一機兩屏（中控+儀表），后排主機一機兩屏，前排與后排無交互功能。

3）方案3（低配方案）：一機兩屏方案。前排主機一機兩屏（中控+儀表）。方案3是一個節省成本的方案，后排沒有主機和雙屏。