通過(guò)汽車智能信息服務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化人車界面

 概要

經(jīng)過(guò)過(guò)去幾十年的技術(shù)競(jìng)賽，汽車系統(tǒng)在引擎控制，自動(dòng)防鎖等的功能上已獲得很大的改進(jìn)。

所有的汽車都在滿足駕駛者體驗(yàn)感受、符合政府標(biāo)準(zhǔn)和削減生產(chǎn)成本等方面不斷進(jìn)行增值改進(jìn)，以使其能夠在炙熱競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。而進(jìn)一步的技術(shù)發(fā)展將會(huì)集中在將不同系統(tǒng)的信息綜合，從而使每一個(gè)系統(tǒng)都可利用其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或外來(lái)信息來(lái)改善效能表現(xiàn)。例如，假如全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)追蹤到汽車是在美國(guó)丹佛海拔1600米處，那引擎控制系統(tǒng)就會(huì)相應(yīng)自動(dòng)減少燃油的注入，設(shè)有自選調(diào)度功能的氣袋系統(tǒng)就可以減少壓力水平。

可是，汽車系統(tǒng)至今仍然是最耗費(fèi)能源，牽涉龐大維修及保養(yǎng)成本的產(chǎn)品。當(dāng)然，業(yè)界可通過(guò)更佳設(shè)計(jì)來(lái)改善動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性或車身的空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)，不過(guò)這些改進(jìn)都可能被其他系統(tǒng)的失常行為催毀。當(dāng)然，這里所講的其他系統(tǒng)就是駕駛者本身。故此，未來(lái)的改進(jìn)都會(huì)集中在改善駕駛者本身的行為上，而方法就是將車內(nèi)外的信息結(jié)合，并為他們提供一個(gè)容易使用的用戶界面。

例如，如果信息系統(tǒng)可告知駕駛者嬰兒食品或咖啡缺貨，那他便無(wú)需到超級(jí)市場(chǎng)白走一趟，避免浪費(fèi)氣油和時(shí)間。此外，系統(tǒng)亦可以警惕駕車者更換損壞的引擎。綜合這些信息所帶來(lái)的優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)面世，而這種人車界面革命的基礎(chǔ)技術(shù)就是網(wǎng)關(guān)處理器，它可為有線及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)中央存取點(diǎn)。通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)的硬件界面和通信協(xié)定，建立適合不同應(yīng)用的技術(shù)平臺(tái)，將現(xiàn)存于汽車和無(wú)線電話網(wǎng)絡(luò)中的潛能完全發(fā)揮出來(lái)。

汽車遠(yuǎn)程信息服務(wù)系統(tǒng)裝置的發(fā)展趨勢(shì)

適用于新型遠(yuǎn)程信息服務(wù)應(yīng)用的三種技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，并可在汽車設(shè)計(jì)中作為獨(dú)立的解決方案。

免提汽車裝置- 關(guān)注駕駛時(shí)打電話的安全性，刺激了汽車電話免提裝置的開發(fā)。這種免提裝置配合安裝在車上的擴(kuò)音器和揚(yáng)聲器，通過(guò)藍(lán)牙短程無(wú)線電波來(lái)接入手機(jī)。這種免提裝置可以控制外來(lái)的手提電話并通過(guò)它連接上蜂窩網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)取代了其它的功能，包括聲音輸入/輸出、撥號(hào)和掛線控制。此外，部分的功能已經(jīng)出現(xiàn)了高質(zhì)量的應(yīng)用解決方案，這些方案包括需要借助數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的語(yǔ)音辨識(shí)和回音消除等。

GSM模塊- 更先進(jìn)的設(shè)計(jì)是安裝在車上的GSM模塊，可以接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)手機(jī)處于充電狀態(tài)時(shí)，汽車的電源系統(tǒng)可以為蜂窩無(wú)線電接收器供電。此外，安裝在車上的天線比起手機(jī)天線更穩(wěn)定。而且，手機(jī)天線的接收常受金屬機(jī)身的影響，所以車上天線的接收都更穩(wěn)定，并不容易出現(xiàn)斷線。另外，GSM模塊亦可經(jīng)過(guò)配置與藍(lán)牙耳機(jī)或車上擴(kuò)音器和揚(yáng)聲器一起直接運(yùn)作。不過(guò)，GSM模塊還是需耍一個(gè)機(jī)制來(lái)辨識(shí)用戶對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的身份。這個(gè)問(wèn)題其實(shí)可通過(guò)提供一個(gè)獨(dú)立的SIM卡和用戶帳號(hào)來(lái)解決?？墒乾F(xiàn)在的藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)擁有了一個(gè)可從手機(jī)提取SIM卡數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)存取方法，所以GSM模塊能間接確認(rèn)到手機(jī)用戶的身份。

車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)-通過(guò)一個(gè)控制器局域網(wǎng)(CAN)雙線差分對(duì)取代電線束，電氣布線的成本可以大幅下降。一般而言，車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中都有幾個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)：低速網(wǎng)絡(luò)專供諸如門鎖和車尾燈等服務(wù)器件所使用，從而減少布線;高速網(wǎng)絡(luò)專供動(dòng)力控制等重要的高性能功能使用。現(xiàn)在的寶馬七系汽車推行三個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)，其中的CAN動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)和CAN車身網(wǎng)絡(luò)連接到中央門戶模塊，而中央門戶模塊就連接到Byteflight star網(wǎng)絡(luò)。Byteflight star耦合器是一個(gè)安全關(guān)鍵控制和信息模塊。至于第三個(gè)網(wǎng)絡(luò)則將汽車存取系統(tǒng)(CAS)連接到車門控制單元和座位控制器(最多可支援11個(gè)單元)上。CAS也可提供一個(gè)界面連接到CAN車身網(wǎng)絡(luò)，它一共可包含多至20個(gè)節(jié)點(diǎn)。

汽車遠(yuǎn)程信息服務(wù)裝置的基礎(chǔ)是網(wǎng)關(guān)處理器，它可以為車上所有不同的有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提供透明存取。圖1表示一個(gè)網(wǎng)關(guān)處理器，它可處理汽車有線網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和免提汽車裝置等功能。

由于各類網(wǎng)絡(luò)有不同程度的可靠性和頻寬，所以未來(lái)的車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)也會(huì)有若干種?，F(xiàn)在已經(jīng)有一系列新涌現(xiàn)的汽車網(wǎng)絡(luò)可以支持不斷發(fā)展的汽車電子架構(gòu)。例如，現(xiàn)今汽車中的多媒體設(shè)備，CD/DVD播放機(jī)和數(shù)字電視等都需配合一些大頻寬的網(wǎng)絡(luò)，其他的應(yīng)用可能需要無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或者有其他的特別要求。未來(lái)的車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)有可能包括：

藍(lán)牙微微網(wǎng)- 中頻寬的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，已在手提電話和手提電腦中實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

低頻寬射頻網(wǎng)絡(luò)- 低開銷的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)簡(jiǎn)單的傳感器和控制應(yīng)用，諸如胎壓傳感器和門鎖等。

CAN網(wǎng)絡(luò)- 中頻寬的高可靠有線網(wǎng)絡(luò)，已在汽車工業(yè)中實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

聲頻/視頻網(wǎng)絡(luò)- 高頻寬的有線網(wǎng)絡(luò)，專供娛樂(lè)媒體使用。在該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中已經(jīng)有多個(gè)通信協(xié)定在競(jìng)爭(zhēng)，包括本區(qū)數(shù)據(jù)總線(D2B)、FireWire (IEEE 1394)、媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸(MOST)和移動(dòng)媒體鏈(MML)。

低開銷網(wǎng)絡(luò)- UART基礎(chǔ)有線網(wǎng)絡(luò)(LIN)，比如電路、SPI和微線(Microwire)等的片到片總線，專門支援連接到按鍵、顯示器和傳感器的低成本界面。

下一個(gè)大契機(jī)：移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)存取

當(dāng)汽車可以通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)來(lái)存取全球的數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，就會(huì)引發(fā)出無(wú)窮的新應(yīng)用。成功的方案將會(huì)把不同來(lái)源的信息結(jié)合在一起，并且過(guò)濾不需要的內(nèi)容，提供一個(gè)可迅速做出決定的高效用戶界面。這些信息源包括多個(gè)的公眾、私人和個(gè)人的數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖2中所示。

全球數(shù)據(jù)庫(kù)可包括：

聲音留言及電子郵件- 連接互聯(lián)網(wǎng)和手提電話服務(wù);

交通/天氣/導(dǎo)航- 由政府機(jī)構(gòu)發(fā)出的信息更新和建議、收費(fèi)訂戶服務(wù)等;

軟件更新- 制造商除蟲服務(wù)、指定部份引擎性能優(yōu)化;

個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù)- 日常用品的購(gòu)物清單，例如衛(wèi)生紙和狗糧等。此外，也可滿足個(gè)人的用戶偏好，例如座椅位置、收音機(jī)電臺(tái)和汽車處理特性等。

有效的用戶界面把這些信息按照上文下理綜合在一起。例如，通用汽車(GM)的附屬公司OnStar最近宣布推出Onstar汽車自檢系統(tǒng)，它可以自動(dòng)執(zhí)行數(shù)以百計(jì)的檢查，包括動(dòng)力、防鎖制動(dòng)和其他的系統(tǒng)等，并以電子郵件的方式通知用戶。由于在導(dǎo)航顯示器上鋪陳這些信息并不困難，所以當(dāng)消費(fèi)者正在駕車時(shí)，系統(tǒng)會(huì)顯示這些服務(wù)中心的位置。

由于這些顯示數(shù)據(jù)將成為影響汽車購(gòu)買的主要因素，所以它們可吸引一些特定產(chǎn)品或上游的經(jīng)銷商，是一個(gè)純粹的消費(fèi)者驅(qū)動(dòng)型市場(chǎng)模式，可提供所需產(chǎn)品的價(jià)格比較和貨存量;但市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型的模式可能會(huì)隱瞞這些信息，或加上一些可影響行程計(jì)劃的額外包裝信息。但現(xiàn)在還缺乏應(yīng)用支援標(biāo)準(zhǔn)來(lái)支持上述兩種市場(chǎng)模式。也就是說(shuō)，沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方法可查出在Y店內(nèi)附有UPC X碼的物品的售價(jià)。

網(wǎng)關(guān)處理器的軟件架構(gòu)

診斷系統(tǒng)可通過(guò)網(wǎng)關(guān)處理器接入車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，其軟件架構(gòu)如圖3中所示。分層協(xié)定和HTML等編程語(yǔ)言可為網(wǎng)頁(yè)瀏覽器、網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器和其他應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)的界面。

在這個(gè)設(shè)計(jì)中，診斷系統(tǒng)會(huì)通過(guò)一個(gè)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器觀察網(wǎng)關(guān)處理器上運(yùn)行的服務(wù)器展現(xiàn)出來(lái)的信息。通過(guò)在網(wǎng)關(guān)中安置一個(gè)服務(wù)器，汽車制造商便可提供一個(gè)無(wú)需任何汽車專用軟件支援的診斷界面。此外，該網(wǎng)關(guān)還可以用來(lái)建立車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的防火墻，防止有黑客通過(guò)使用這些診斷設(shè)施來(lái)干擾汽車的運(yùn)作或影響保安。每一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)中的高級(jí)驅(qū)動(dòng)器會(huì)推行一個(gè)應(yīng)用指定的協(xié)議，用來(lái)對(duì)來(lái)自服務(wù)器的要求做出反應(yīng)。該驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)分析和解碼協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)，并產(chǎn)生所需的局部任務(wù)來(lái)迎合PDU所要求的動(dòng)作。一旦局部任務(wù)完成后，由該任務(wù)所生成的結(jié)果便會(huì)被格式化，并經(jīng)CAN總線傳送回服務(wù)器。

動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)配置(DNS)服務(wù)器維持著一連串的有效節(jié)點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)被加到CAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)(這可以是“熱”或 “冷”)，它便會(huì)立刻把配置的要求發(fā)布到在網(wǎng)關(guān)上運(yùn)行的DNC服務(wù)器，而大部分電腦所采用的動(dòng)態(tài)主控配置協(xié)議(DHCP)會(huì)通過(guò)模型化而自動(dòng)獲得網(wǎng)絡(luò)配置，之后一個(gè)類似(簡(jiǎn)化了的)的協(xié)議便會(huì)被推行以容許CAN節(jié)點(diǎn)獲取某些所需的網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)。采用這種機(jī)制，節(jié)點(diǎn)便可以以某一個(gè)方式，如電腦中的即插即用(plug-and-play)形式，隨時(shí)添加或從CAN上刪除。CAN節(jié)點(diǎn)利用DNS要求來(lái)公布其隨機(jī)生成的節(jié)點(diǎn)身份(ID) - 用作名稱或CAN網(wǎng)絡(luò)上“地址”的化名，這樣就不會(huì)與基于信息的過(guò)濾以及其他在CAN網(wǎng)絡(luò)上使用的ID混淆)。

當(dāng)網(wǎng)關(guān)的DNS服務(wù)器接收到一個(gè)DNS要求時(shí)，它首先會(huì)檢查該節(jié)點(diǎn)所要求的ID是否有效，以及它有沒(méi)有與現(xiàn)時(shí)網(wǎng)絡(luò)上的ID有沖突，之后服務(wù)器會(huì)檢查是否有足夠的存儲(chǔ)空間去把該節(jié)點(diǎn)的配置表加到其有效節(jié)點(diǎn)的清單上。最后，假如一切妥當(dāng)?shù)脑挘? DNC服務(wù)器便會(huì)確認(rèn)該要求并為該節(jié)點(diǎn)指派一個(gè)特定的號(hào)碼作為其生效時(shí)的名稱。該節(jié)點(diǎn)的身份ID亦會(huì)被加入到服務(wù)器的有效節(jié)點(diǎn)清單上。所有其后指向該節(jié)點(diǎn)的通信便將使用這個(gè)經(jīng)協(xié)議的ID。假如所要求的ID失效時(shí)，網(wǎng)關(guān)便會(huì)拒絕該要求，并促使該節(jié)點(diǎn)要求另一個(gè)ID，直至該ID被接受為止。

網(wǎng)關(guān)處理器可視作一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)的主控，因?yàn)镃AN節(jié)點(diǎn)本身不會(huì)運(yùn)行協(xié)定堆迭。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器需要存取一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)時(shí)，它便會(huì)與網(wǎng)站服務(wù)器溝通，而網(wǎng)站服務(wù)器會(huì)翻譯瀏覽器所要求的動(dòng)作并在CAN網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生通信以實(shí)現(xiàn)所需的動(dòng)作。另外，網(wǎng)關(guān)還可作為其他的主控，包括外部模擬和數(shù)字輸入/輸出，以及連接到低成本的片到片網(wǎng)絡(luò)的外置外圍設(shè)備。

網(wǎng)關(guān)處理器的應(yīng)用實(shí)例

這個(gè)系統(tǒng)所需要的資源很簡(jiǎn)單，所以把它們結(jié)合在一起可降低硬件成本，同時(shí)可增強(qiáng)應(yīng)用的效能。

藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)處理器的半導(dǎo)體解決方案

一個(gè)網(wǎng)關(guān)處理器的例子是由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體提供的CP3SP33，它是CP3000連通處理器系列之一，它的功能特色包括：

·96-MHz、具有32位延伸的16位精算指令集( RISC)中央處理器

·96-MHz、16位雙MAC、 設(shè)有獨(dú)立總線和存儲(chǔ)器的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器

·4K字節(jié)的中央處理器指令緩存器

·4K 字節(jié)的中央處理器/數(shù)字信號(hào)處理器共用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

·32K 字節(jié)的中央處理器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

·24K 字節(jié)的數(shù)字信號(hào)處理器指令隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

·24K 字節(jié)的數(shù)字信號(hào)處理器數(shù)據(jù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

·藍(lán)牙基帶控制器

·設(shè)有物件存儲(chǔ)的雙 CAN 2.0B 主動(dòng)控制器 (較早前稱 fullCAN)

·USB 2.0 On-The-Go 主機(jī)/節(jié)點(diǎn)控制器

·存取總線、SPI和Microwire/Plus 低開銷片到片總線

·Quad UART

·設(shè)有雙重ADC輸入和立體聲DAC輸出的片上智能信息服務(wù)編解碼器

·供外置編解碼器用的I 2 S 和先進(jìn)聲頻界面 (與SSI界面兼容)

·10通道、10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器

·64個(gè)通用I/O端子接腳 (視封裝而定)

·通用計(jì)時(shí)器

·監(jiān)視計(jì)時(shí)器

·低功率模式

CPU和數(shù)字信號(hào)處理器均擁有獨(dú)立的存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備，所以數(shù)字信號(hào)處理器可以獨(dú)立地運(yùn)作以執(zhí)行高帶寬的運(yùn)算。CPU和數(shù)字信號(hào)處理器可以進(jìn)行溝通，方法是通過(guò)一個(gè)片上的共用4K隨機(jī)存取存儲(chǔ)器或一條連到外部存儲(chǔ)器的共用總線。共用的外圍總線可容許某些片上的外圍同時(shí)被CPU或數(shù)字信號(hào)處理器應(yīng)用。圖5顯示一個(gè)芯片級(jí)的架構(gòu)圖。當(dāng)中CPU有一條通往數(shù)字信號(hào)處理器DMA控制器的專屬通道(沒(méi)有顯示在圖中)，以便將數(shù)據(jù)下載到數(shù)字信號(hào)處理器的指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。對(duì)于那些不需要數(shù)字信號(hào)處理器的應(yīng)用而言，CP3BT30可提供相同的中央處理器、存儲(chǔ)器和沒(méi)有數(shù)字信號(hào)處理器的外圍設(shè)施。

這些處理器的藍(lán)牙功能已經(jīng)朝著目標(biāo)用戶的要求而發(fā)展，當(dāng)中包括：

·QS9000 認(rèn)證

·所有元件均可在?40°至 +85℃下操作

·所有專用元件均可在?40°至 +125℃下操作

·符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法以做故障分析和確保最高質(zhì)量

·典型情況>97%故障等級(jí)

·達(dá)到低PPM(現(xiàn)場(chǎng))

·通過(guò)專用I/O單元的低EMI零件

現(xiàn)在美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體已有完整的藍(lán)牙和TCP/IP通信協(xié)定提供，同時(shí)附送一系列經(jīng)測(cè)試的軟件開發(fā)工具、外圍驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。