警務安全主機與新能源汽車車載中控系統的對接

王曉明 曹高波

（1、深圳市海鄰科信息技術有限公司，廣東 深圳 518000 2、深圳市比亞迪汽車股份有限公司，廣東 深圳 518000）

1 概述

隨著國家新能源汽車戰略的持續實施，市面上的新能源汽車越來越多，政府公務用車也在批量換裝新能源汽車了，公安警車也在順應這個趨勢。傳統警車僅僅作為一個簡單的代步工具，現代智慧警務工作需要，公安部門需要將警車升級改造成“移動警務室”。但是目前的新能源汽車都是直接接入到普通互聯網，跟汽車生產廠家的后臺相連通，無法滿足公安部門對信息安全保密管控的要求，這就需要在新能源汽車中控之外再增加一套警務安全主機，來實現接處警等應用，如何將這套警務安全主機安裝對接到新能源汽車上成為了一個課題。

本文所涉及的技術難題是如何將警務安全主機全功能、安全地投屏到新能源汽車中控系統，通過我們的研究，提出了分別對接顯示、觸控和聲音的技術解決方案，成功實現了警務安全主機與新能源汽車車載中控系統的安全融合對接。

2 需求分析

傳統警車一般可以采取替換中控的方式來進行智能化升級改造，但是現在的新能源汽車，普遍采取了體驗非常好的大尺寸中控顯示屏，而且顯示屏和主機分離，如果再在汽車大屏之外安裝一套顯示屏幕，往往找不到合適的位置，要么影響安全氣囊，要么體驗非常不好，導致傳統的升級改造方案已經不適合新能源汽車了，市場亟需一種方案能將警務安全主機對接到新能源車機的方法。

理論上蘋果的Carplay 和百度的Carlife 都可以用一根USB 數據線或者WIFI 藍牙等無線形式將警務安全主機和新能源車機連接起來，但是Carplay 和Carlife 處于蘋果和百度的絕對掌控之中，開放程度非常有限，往往只能將有限的幾個應用投屏到車機屏幕上，而且這幾個應用必須要在蘋果和百度的白名單之中，獨立開發的應用就無法投屏，而警務安全主機必須運行獨立的APP，這就導致無法通過Carplay 或Carlife 將警務安全主機投屏到新能源汽車屏幕上來使用。

通過深入研究，本論文提供了一種將警務安全主機對接到新能源汽車的方法。

（考慮到新能源汽車市占率等因素，本文作者選擇了比亞迪2020 款宋Pro 這款車型來進行研究。）

3 具體實現方法

作者仔細梳理了警務安全主機和新能源汽車車機的對接需求，發現一共有顯示、觸摸和警情聲音等3 個部分需要對接實現，即將警務安全主機的畫面通過新能源汽車車機中控大屏顯示出來，同時通過中控觸摸屏反向控制警務安全主機，并將后臺推送的警情聲音通過AUX通道接入到汽車車機，從車身喇叭播放出來。由于只是視頻信號、觸摸信號和聲音的轉換和傳輸，不涉及到主機用戶數據的對接和轉發，所以整體方案安全可控。

3.1 顯示

警務安全主機有LVDS 和HDMI 兩種顯示輸出接口，但是這兩種接口在新能源汽車車機上一般都沒有預留，不過新能源車機上都有預留360 度全景攝像頭和車內攝像頭接口，是基于德州儀器的FPD-Link 方案來設計的，經過仔細評估，警務安全主機的顯示輸出信號通過兩次信號轉換，就可以接入到汽車的車內攝像頭接口，圖1 是原理性框圖。

圖1

警務安全主機輸出的LVDS 信號通過龍訊LT9211芯片轉換成MIPI CSI 信號，然后通過德州儀器的DS90UB935-Q1 芯片將MIPI-CSI 信號串行轉換成單芯同軸信號，并輸出給汽車車內的攝像頭接口,汽車車機通過攝像頭接口即可獲取警務安全主機的顯示畫面。

軟件部分需要開發一款APP，運行在車機安卓系統里，由APP 去調用車身攝像頭接口，進而獲取到警務安全主機系統的顯示畫面，此APP 開機后自動啟動運行，省去了每次需要人工去點擊操作。另外警務安全主機輸出畫面是1280*720 分辨率，而汽車車機屏幕是1920*1080 分辨率，所以警務安全主機的顯示畫面在汽車車機上顯示需要APP 來做3：4 的等比例拉伸動作。

接下來分別對上述框圖中關鍵的兩顆芯片做一些簡單介紹：

3.1.1 LT9211 是一顆顯示接口轉換IC，由龍訊半導體設計和銷售。龍訊半導體是一家專注于高速信號傳輸、視頻處理、新型顯示驅動芯片研發和銷售的國內半導體公司，其產品和解決方案廣泛應用于個人電腦、消費電子及其周邊設備，包括筆記本電腦、高清電視、智能手機、車載設備、智能監控等。其具有豐富的輸入和輸出接口形態。LT9211 可以通過I2C 接口去配置內部寄存器，以選擇輸入和輸出信號的規格，本次我們使用的是將單通道的LVDS 信號轉換成YUV422 格式的MIPI-CSI 信號，輸出給DS90UB935-Q1 芯片，LT9211 芯片具有以下特點：（1）豐富的輸入和輸出選擇，可以是MIPI/TTL/LVDS 中 的 任 意 一 種；（2） 其 中MIPI 支 持MIPI-DSI 和MIPI CSI-2 兩 種 協 議；（3） 支 持 高 達1920*1200/60Hz 或者像素時鐘小于200MHz 的圖像分辨率；（4）為了方便實際的布線，信號P/N 可以交換，差分對之間可以交換；（5）工業級工作溫度范圍：-40℃～+85℃

3.1.2 DS90UB935-Q1 是德州儀器FPD-Link Ⅲ設備家族的一顆芯片，德州儀器是模擬芯片業界的鼻祖，旗下產品種類非常齊全，涵蓋了模擬、嵌入式處理以及無線技術等方面，廣泛應用于數字通信、娛樂、醫療服務、汽車系統等領域。DS90UB935-Q1 支持將傳感器（包括攝像頭、衛星雷達、激光雷達等）原始數據串行轉換后，通過同軸電纜進行高速傳輸。它具有以下特性：（1）滿足AEC-Q100 車規級認證，工作溫度范圍從-40℃到105℃；（2）傳輸速率高達3Gbps；（3）支持MIPI DSI 和MIPI CSI-2 兩種輸入接口；（4）支持單端同軸電纜和帶屏蔽的雙絞線兩種物理傳輸介質；（5）支持通過同軸電纜同時傳輸信號和電源；（6）低至0.25W 的功耗。

3.2 觸摸

之前作者有基于串口協議實現過車機系統之間的反向觸控操作，并申請了相關發明專利，但是本次選取的汽車車機上并沒有預留外部串口接口，不過汽車上有最常用的CAN 通信接口，基于此，作者規劃用CAN 總線來實現觸摸操作，最終也取得了圓滿成功，原理框圖見圖2。

圖2

在警務安全主機的顯示畫面上，用戶點擊屏幕，汽車車機系統偵測到觸摸事件，就把觸摸事件（包含點擊事件和坐標信息等）通過CAN 總線傳遞給警務安全主機；在警務安全主機端，CAN 信息經過CAN 收發器傳遞給一個MCU 來解析CAN 協議，最終輸出串口信息給到SOC 的UART 端口，UART 端口再將觸摸事件上報給系統，系統執行相應的操作，在汽車車機屏幕上就能看到對應的觸摸動作。

3.2.1 CAN 接口簡介

CAN 是控制器局域網絡(Controller Area Network,CAN)的簡稱，是由以研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH 公司開發的，并最終成為國際標準（ISO 11898），是國際上應用最廣泛的現場總線之一。它具有數據傳輸速率高（相對，1Mb/s）、抗干擾能力強（差分數據線）、具有自我診斷能力（錯誤偵測）等優勢。

3.2.2 本文作者一起制定實現觸摸功能的CAN 通訊報文格式。（1）汽車車機端設定他們發送端的CAN ID 是0x4C1，也就是說警務安全主機接收端只需要過濾處理0x4C1 地址發過來的報文，其他地址發出的報文一律忽略；（2）設定雙方通信的速率：采用汽車車機上低速CAN通信的125KHz 波特率；（3）一個標準的報文協議是8 個字節, 如何用這有限的8 個字節可靠地傳輸觸摸動作和坐標信息呢？表1 是擬定的報文協議的具體格式。

表1

關于上述格式的說明如下：幀頭0x0D 和0xAA，表明該條報文是觸摸相關信息，如果是其他幀頭的，說明是誤碼，則忽略；nn：觸摸事件（0：手指抬起；1：手指移動；2：手指按下）；xx：觸摸x 坐標，2 字節，字節4～字節5，高位在字節4，低位在字節5；yy：觸摸y 坐標，2 字節，字節6～字節7，高位在字節6，低位在字節7；校驗值：基于對數據傳輸穩定性的擔憂，特加入一個校驗值，用于對前面7個字節數據的校驗，字節8= ～（字節3+字節4+字節5+字節6+字節7）+1 （取反再加1）。

3.2.3 下面是CAN 傳輸觸摸協議的具體實現步驟：（1）汽車車機屏幕分辨率是1920*1080，警務安全主機系統分辨率是1280*720，所以汽車車機這邊在收到坐標信息后，X/Y 坐標分別做3/4 等比例縮小并取整操作；（2）將上述坐標信息通過串口傳遞給負責CAN 協議解析的MCU；（3）MCU 將上述坐標信息依據標準的CAN 報文協議封裝，并發送到汽車CAN 總線上；（4）警務安全主機端MCU 實時監聽CAN 總線，只要有ID 為0x4C1 的報文就解析出來，轉換成串口信息，發送給主機串口；（5）安卓Framework 層根據收到的串口坐標信息，模擬出觸摸點擊或者滑動的效果。

3.3 聲音

聲音接入可以分為兩部分：一是將警務安全主機的聲音接入到汽車車機的車載影音系統，二是當汽車車機在播放音樂或者其他娛樂聲音時，警務安全主機收到突發警情聲音提醒時，要實現插播功能，即壓低或者暫停汽車車機娛樂信息聲音，優先播放警務安全主機的警情聲音，播放結束后再切回到汽車車機娛樂信息聲音。

3.3.1 將警務安全主機的聲音接入到汽車車機的車載影音系統

原本最簡單的做法是通過藍牙連接將聲音接入到汽車車機，但是警務安全主機出于安全考慮，完全屏蔽了WIFI 和藍牙等無線通信，通過交流對接，發現可以通過有線的形式將警務安全主機的聲音通過AUX 聲音通道接入到汽車車載影音系統。

但是模擬聲音信號幅度小，非常容易被干擾，本項目采取了多芯同軸屏蔽線的方式，來克服信號傳輸過程的干擾；另外還克服了警務主機和汽車車機不等地的情況，圓滿解決了喇叭中的嚴重底噪問題。

3.3.2 警情聲音插播功能

由于汽車車機不知道警務主機即將有聲音要播放的，所以需要警務主機這邊主動通知汽車車機，最可靠的當然還是利用CAN 總線了，上面觸摸功能是汽車車機發報文，警務主機解析報文，本次聲音插播功能則需要警務安全主機發報文，汽車車機解析報文。（1）給警務安全主機分配0x33A 的ID；（2）定義了如圖3 所示的CAN報文協議，用于聲音切換：（3）當有警情聲音要播報時，警務安全主機向0x33A 的地址發送0x01 的信息，通知汽車車機將聲音通道切換到AUX 音源，壓低系統聲音；當警情聲音播報結束時，警務安全主機向0x33A 的地址發送0x00 的信息，通知汽車車機將音源切回到正常的多媒體音源。

圖3

4 結論

本文經過研究開發，成功將警務安全主機和新能源汽車車機完美融合對接，研制出了樣機，初步通過了市場檢驗，符合客戶需求。解決了將警務安全主機全功能、安全地投屏到新能源汽車中控系統的技術難題，為當下普通警務車輛升級成智慧移動警務車提供重要參考，也為我國智慧警務事業的發展做出了力所能及的貢獻。