通过汽车智能信息服务系统优化人车界面

概要

经过过去几十年的技术竞赛，汽车系统在引擎控制，自动防锁等的功能上已获得很大的改进。

所有的汽车都在满足驾驶者体验感受、符合政府标准和削减生产成本等方面不断进行增值改进，以使其能够在炙热竞争中脱颖而出。而进一步的技术发展将会集中在将不同系统的信息综合，从而使每一个系统都可利用其他系统的数据或外来信息来改善效能表现。例如，假如全球卫星定位系统(GPS)追踪到汽车是在美国丹佛海拔1600米处，那引擎控制系统就会相应自动减少燃油的注入，设有自选调度功能的气袋系统就可以减少压力水平。

可是，汽车系统至今仍然是最耗费能源，牵涉庞大维修及保养成本的产品。当然，业界可通过更佳设计来改善动力系统的可靠性或车身的空气动力设计，不过这些改进都可能被其他系统的失常行为催毁。当然，这里所讲的其他系统就是驾驶者本身。故此，未来的改进都会集中在改善驾驶者本身的行为上，而方法就是将车内外的信息结合，并为他们提供一个容易使用的用户界面。

例如，如果信息系统可告知驾驶者婴儿食品或咖啡缺货，那他便无需到超级市场白走一趟，避免浪费气油和时间。此外，系统亦可以警惕驾车者更换损坏的引擎。综合这些信息所带来的优化技术已经面世，而这种人车界面革命的基础技术就是网关处理器，它可为有线及无线网络提供一个中央存取点。通过采用标准的硬件界面和通信协定，建立适合不同应用的技术平台，将现存于汽车和无线电话网络中的潜能完全发挥出来。

汽车远程信息服务系统装置的发展趋势

适用于新型远程信息服务应用的三种技术已经出现，并可在汽车设计中作为独立的解决方案。

免提汽车装置－ 关注驾驶时打电话的安全性，刺激了汽车电话免提装置的开发。这种免提装置配合安装在车上的扩音器和扬声器，通过蓝牙短程无线电波来接入手机。这种免提装置可以控制外来的手提电话并通过它连接上蜂窝网络，同时取代了其它的功能，包括声音输入/输出、拨号和挂线控制。此外，部分的功能已经出现了高质量的应用解决方案，这些方案包括需要借助数字信号处理器(DSP)的语音辨识和回音消除等。


GSM模块－ 更先进的设计是安装在车上的GSM模块，可以接入蜂窝网络。当手机处于充电状态时，汽车的电源系统可以为蜂窝无线电接收器供电。此外，安装在车上的天线比起手机天线更稳定。而且，手机天线的接收常受金属机身的影响，所以车上天线的接收都更稳定，并不容易出现断线。另外，GSM模块亦可经过配置与蓝牙耳机或车上扩音器和扬声器一起直接运作。不过，GSM模块还是需耍一个机制来辨识用户对蜂窝网络的身份。这个问题其实可通过提供一个独立的SIM卡和用户帐号来解决。可是现在的蓝牙技术已经拥有了一个可从手机提取SIM卡数据的标准存取方法，所以GSM模块能间接确认到手机用户的身份。

车内网络－通过一个控制器局域网(CAN)双线差分对取代电线束，电气布线的成本可以大幅下降。一般而言，车内网络中都有几个CAN网络：低速网络专供诸如门锁和车尾灯等服务器件所使用，从而减少布线；高速网络专供动力控制等重要的高性能功能使用。现在的宝马七系汽车推行三个CAN网络，其中的CAN动力网络和CAN车身网络连接到中央门户模块，而中央门户模块就连接到Byteflight star网络。Byteflight star耦合器是一个安全关键控制和信息模块。至于第三个网络则将汽车存取系统(CAS)连接到车门控制单元和座位控制器(最多可支援11个单元)上。CAS也可提供一个界面连接到CAN车身网络，它一共可包含多至20个节点。

汽车远程信息服务装置的基础是网关处理器，它可以为车上所有不同的有线和无线网络提供透明存取。图1表示一个网关处理器，它可处理汽车有线网络、蓝牙无线网络和免提汽车装置等功能。

由于各类网络有不同程度的可靠性和频宽，所以未来的车内网络也会有若干种。现在已经有一系列新涌现的汽车网络可以支持不断发展的汽车电子架构。例如，现今汽车中的多媒体设备，CD/DVD播放机和数字电视等都需配合一些大频宽的网络，其他的应用可能需要无线网络或者有其他的特别要求。未来的车内网络有可能包括：

蓝牙微微网－ 中频宽的无线网络，已在手提电话和手提电脑中实现标准化。


低频宽射频网络－ 低开销的无线网络，针对简单的传感器和控制应用，诸如胎压传感器和门锁等。

CAN网络－ 中频宽的高可靠有线网络，已在汽车工业中实现标准化。

声频/视频网络－ 高频宽的有线网络，专供娱乐媒体使用。在该网络应用中已经有多个通信协定在竞争，包括本区数据总线(D2B)、FireWire (IEEE 1394)、媒体导向系统传输(MOST)和移动媒体链(MML)。

低开销网络－ UART基础有线网络(LIN)，比如电路、SPI和微线(Microwire)等的片到片总线，专门支援连接到按键、显示器和传感器的低成本界面。

下一个大契机：移动数据库存取

当汽车可以通过蜂窝网络来存取全球的数据库时，就会引发出无穷的新应用。成功的方案将会把不同来源的信息结合在一起，并且过滤不需要的内容，提供一个可迅速做出决定的高效用户界面。这些信息源包括多个的公众、私人和个人的数据库，如图2中所示。

全球数据库可包括：

声音留言及电子邮件－ 连接互联网和手提电话服务；

交通/天气/导航－ 由政府机构发出的信息更新和建议、收费订户服务等；

软件更新－ 制造商除虫服务、指定部份引擎性能优化；

个人数据库－ 日常用品的购物清单，例如卫生纸和狗粮等。此外，也可满足个人的用户偏好，例如座椅位置、收音机电台和汽车处理特性等。

有效的用户界面把这些信息按照上文下理综合在一起。例如，通用汽车(GM)的附属公司OnStar最近宣布推出Onstar汽车自检系统，它可以自动执行数以百计的检查，包括动力、防锁制动和其他的系统等，并以电子邮件的方式通知用户。由于在导航显示器上铺陈这些信息并不困难，所以当消费者正在驾车时，系统会显示这些服务中心的位置。


由于这些显示数据将成为影响汽车购买的主要因素，所以它们可吸引一些特定产品或上游的经销商，是一个纯粹的消费者驱动型市场模式，可提供所需产品的价格比较和货存量；但市场驱动型的模式可能会隐瞒这些信息，或加上一些可影响行程计划的额外包装信息。但现在还缺乏应用支援标准来支持上述两种市场模式。也就是说，没有一个标准的方法可查出在Y店内附有UPC X码的物品的售价。 [page]

网关处理器的软件架构

诊断系统可通过网关处理器接入车内网络，其软件架构如图3中所示。分层协定和HTML等编程语言可为网页浏览器、网页服务器和其他应用提供标准的界面。

在这个设计中，诊断系统会通过一个网页浏览器观察网关处理器上运行的服务器展现出来的信息。通过在网关中安置一个服务器，汽车制造商便可提供一个无需任何汽车专用软件支援的诊断界面。此外，该网关还可以用来建立车内网络的防火墙，防止有黑客通过使用这些诊断设施来干扰汽车的运作或影响保安。每一个CAN节点中的高级驱动器会推行一个应用指定的协议，用来对来自服务器的要求做出反应。该驱动器负责分析和解码协议数据单元(PDU)，并产生所需的局部任务来迎合PDU所要求的动作。一旦局部任务完成后，由该任务所生成的结果便会被格式化，并经CAN总线传送回服务器。

动态节点配置(DNS)服务器维持着一连串的有效节点。当一个节点被加到CAN网络时(这可以是“热”或 “冷”)，它便会立刻把配置的要求发布到在网关上运行的DNC服务器，而大部分电脑所采用的动态主控配置协议(DHCP)会通过模型化而自动获得网络配置，之后一个类似(简化了的)的协议便会被推行以容许CAN节点获取某些所需的网络配置数据。采用这种机制，节点便可以以某一个方式，如电脑中的即插即用(plug-and-play)形式，随时添加或从CAN上删除。CAN节点利用DNS要求来公布其随机生成的节点身份(ID) - 用作名称或CAN网络上“地址”的化名，这样就不会与基于信息的过滤以及其他在CAN网络上使用的ID混淆)。

当网关的DNS服务器接收到一个DNS要求时，它首先会检查该节点所要求的ID是否有效，以及它有没有与现时网络上的ID有冲突，之后服务器会检查是否有足够的存储空间去把该节点的配置表加到其有效节点的清单上。最后，假如一切妥当的话， DNC服务器便会确认该要求并为该节点指派一个特定的号码作为其生效时的名称。该节点的身份ID亦会被加入到服务器的有效节点清单上。所有其后指向该节点的通信便将使用这个经协议的ID。假如所要求的ID失效时，网关便会拒绝该要求，并促使该节点要求另一个ID，直至该ID被接受为止。

网关处理器可视作一个CAN网络的主控，因为CAN节点本身不会运行协定堆迭。当一个网页浏览器需要存取一个CAN节点时，它便会与网站服务器沟通，而网站服务器会翻译浏览器所要求的动作并在CAN网络上产生通信以实现所需的动作。另外，网关还可作为其他的主控，包括外部模拟和数字输入/输出，以及连接到低成本的片到片网络的外置外围设备。

网关处理器的应用实例

这个系统所需要的资源很简单，所以把它们结合在一起可降低硬件成本，同时可增强应用的效能。

蓝牙网关处理器的半导体解决方案

一个网关处理器的例子是由美国国家半导体提供的CP3SP33，它是CP3000连通处理器系列之一，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)中央处理器

·96-MHz、16位双MAC、 设有独立总线和存储器的定点数字信号处理器

·4K字节的中央处理器指令缓存器

·4K 字节的中央处理器/数字信号处理器共用随机存取存储器

·32K 字节的中央处理器随机存取存储器

·24K 字节的数字信号处理器指令随机存取存储器

·24K 字节的数字信号处理器数据随机存取存储器

·蓝牙基带控制器

·设有物件存储的双 CAN 2.0B 主动控制器 (较早前称 fullCAN)

·USB 2.0 On-The-Go 主机/节点控制器

·存取总线、SPI和Microwire/Plus 低开销片到片总线

·Quad UART

·设有双重ADC输入和立体声DAC输出的片上智能信息服务编解码器

·供外置编解码器用的I 2 S 和先进声频界面 (与SSI界面兼容)

·10通道、10位模数转换器

·64个通用I/O端子接脚 (视封装而定)

·通用计时器

·监视计时器

·低功率模式

CPU和数字信号处理器均拥有独立的存储器和外围设备，所以数字信号处理器可以独立地运作以执行高带宽的运算。CPU和数字信号处理器可以进行沟通，方法是通过一个片上的共用4K随机存取存储器或一条连到外部存储器的共用总线。共用的外围总线可容许某些片上的外围同时被CPU或数字信号处理器应用。图5显示一个芯片级的架构图。当中CPU有一条通往数字信号处理器DMA控制器的专属通道(没有显示在图中)，以便将数据下载到数字信号处理器的指令和数据存储器。对于那些不需要数字信号处理器的应用而言，CP3BT30可提供相同的中央处理器、存储器和没有数字信号处理器的外围设施。

这些处理器的蓝牙功能已经朝着目标用户的要求而发展，当中包括：

·QS9000 认证

·所有元件均可在?40°至 +85℃下操作

·所有专用元件均可在?40°至 +125℃下操作

·符合汽车标准的测试方法以做故障分析和确保最高质量

·典型情况>97%故障等级

·达到低PPM(现场)

·通过专用I/O单元的低EMI零件

现在美国国家半导体已有完整的蓝牙和TCP/IP通信协定提供，同时附送一系列经测试的软件开发工具、外围驱动器和一个实时操作系统。