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基于32位系統的車載多媒體導航系統設計
車載多媒體導航系統，是在嵌入安裝在汽車環境使用的多媒體系統、導航系統。相對于手持式的個人導航產品（PND），車載多媒體導航產品需要應對更為嚴苛的環境和性能要求。首先，是超過工業產品的工作環境溫度要求。其次，是點火系統、發電系統等強電磁干擾對接收極微弱GPS信號的導航系統的干擾。此外，震動對于產品的要求也是一個難題。其他像鹽霧、潮濕、油污等環境因素，都對車載產品提出更高要求。
即使是在惡劣環境下，車載產品的可靠性要求仍需要保持在一個相當高的級別之上。因而在設計系統時，我們需要在可靠性、可用性等方面花費比在其他家用產品和一般工業產品多許多倍的精力和時間。一個車載產品，在完成設計后，要安裝進汽車中應用，要經過非常冗長而繁雜的測試過程，特別是漫長的路測，這個實際的技術和工程需要，導致新技術新器件進入車載的幾率大大減小，速度大大慢過消費和其他領域。
車載音響產品，從收音機、磁帶機到CD播放機，經歷了數十年的逐步完善和提升過程。在車載CD剛剛開始普及的時候，車載產品就已經面臨將導航、互聯網、甚至移動計算等功能快速納入的壓力和實際需要，固體儲存和數字壓縮音樂、數字聲音廣播和數字電視廣播等各種功能不斷地進入車載系統。
隨著LCD應用的日趨成熟，汽車影音產品全面進入平板顯示時代。從儀表盤的升級換代，到內容顯示方式和檔次的提升，以顯示為中心的汽車產品需求已經實實在在擺在我們的面前。其中，導航產品成為汽車標配部件，在高端汽車中已經變成現實；而在普通汽車中的實現也是指日可待。
車載音響產品結構設計的演化歷程
長期以來，車載音響產品都是在簡單的邏輯控制結構上面發展，起初，系統主要支持收音功能，后來有了磁帶播放設備，這類系統不需要負載控制，簡單的邏輯控制就能滿足需要。當CD進入汽車領域，車載音響就進入了4位MCU時代，AM/FM收音的調諧控制、按鍵、顯示以及CD的處理，一個4位單片機就足夠應對，這種狀況延續了十多年的時間，直至今天，4位單片機依然是市場上的主流產品。
按說，車載音響產品也應該像技術發展的順序一樣，經歷4位、8位、16位，然后到32位的發展過程，目前8位MCU的確進入了車載音響，但是，8位MCU還沒有成為汽車領域的市場主流，尚未獲得較大的份額。在摩爾定律作用下，半導體呈現的加速現象，以及車載產品對可靠性和認證的嚴酷要求，使得8位MCU還沒有普及，16位還很少應用，而我們的結構設計，一步跨入了32位時代。
基于32位系統的車載多媒體導航系統設計要求
在今天的車載產品中，我們采用32位CPU的設計，面臨幾個棘手的特殊要求：
低待機功耗的要求
車載設備在待機時，工業標準對其實際消耗電流的要求很低。
在使用32位CPU的車載導航系統里面，我們無一例外的都需要一個操作系統（OS）來支撐工作，但是目前的任何一個操作系統對于車載產品來說都是一個龐然大物，其內部復雜和漫長的處理過程，導致其系統響應時間同應用環境的要求有一個比較大的差距。解決這樣的嵌入式系統的快速響應問題，是一個難題，也是一個車載項目的基本要求。
不同格式顯示屏和觸摸面板
LCD顯示屏按照其驅動方式的不同，有模擬和數字驅動兩種不同的方式。我們的系統設計支持兩種不同的驅動方式的顯示屏。目前，在汽車中應用的主要是6.2、6.5或者7寸LCD屏，多數分辨率是480×234的，也有少數的分辨率是640×480。
符合人體工程學的整體界面設計
1）按鍵、遙控和飛梭
按鍵始終是電子產品的必要的輸入設備，在具有觸摸屏的設計中，我們僅保留一些基本的按鍵，如開關機、出碟、或者一些直接切換功能的按鍵，其他應該盡量體現在觸摸屏上，通過靈活的顯示提示來予以實現。
雖然汽車環境的狹小，但為了后排乘客的方便，也需要有遙控功能。從收音機年代開始的調諧和音量等調整，相關產品一般都需要設置一個或者兩個采用飛梭工藝的旋鈕，用來快速和直觀調整音量等，在32位設計中，我們依然保持這個風格。
2） 觸摸屏和書寫識別
近幾年來，通過觸摸和拖動來實現選擇和調整，是電子產品輸入技術的重大進步，也是一個產品的可銷售性能的重要競爭指標。在32位系統中，我們能夠容易地通過電阻式觸摸屏來實現這些功能。
在導航應用中，還需要支持書寫功能，為了滿足汽車環境的特殊需要，我們還可以設計采用藍牙方式的無線手寫輸入板，將其安裝到方向盤上面，方便司機操作。
3） 簡單明了的操作界面
人機界面的設計，是一個產品設計的關鍵。如何通過周密而認真的設計，讓消費者能夠直觀、簡單地操作產品，是一個難題。
多種系統喚起方式
在更加好的人體工學的要求下，系統通電狀態下，從待機狀態喚醒系統的方式需要多種。
實時時鐘的設計
汽車上需要給使用者提供實時時鐘，車載音響一般都需要設計一個。
多種視頻信號輸入和處置方式
支持前臺和后臺操作方式。前臺是嵌入在操作臺上面的，主要提供給司機使用，顯示各種交互式控制信息和導航信息。后臺輸出是提供給后排乘客使用的，主要是提供多媒體內容，供后排乘客欣賞。
如何同ECU通信
在高級的系統設計中，車載音響可以同汽車主ECU通信，將汽車運作和行駛的一些主要參數在顯示器中顯示出來。
方向盤控制器
方向盤控制器使駕駛員可以方便地控制設備，該設計是通過ECU來實現的，多數設計的方向盤是直接連接到車載設備的，我們需要根據目標車型來開發和實現。
自動亮度控制功能
在汽車中應用的顯示器產品，應該有一個性能優異的自動亮度控制裝置，以滿足快速變化的照明環境需要。為此，我們在系統中設計一個光學傳感器，系統根據外部照度的變化，自動調節顯示器的顯示指標。
系統結構設計
系統結構框圖見圖1。本設計中可以增刪的系統功能有如下幾個方面：
無碟片系統
對于熱愛FLASH的用戶，碟片已經是一個多余和麻煩的部件，我們的設計可以方便地簡化為一個無碟片系統，通過FLASH卡和內置的NAND FLASH、USB等設備作為數字內容的載體。
單碟CD或者DVD
基本配置中，我們推薦采用一個單碟的CD或者DVD。
前置換碟器
如果客戶需要前置換碟器，6碟的換碟器是一個比較好的選擇，將其安裝在機身內部，但是面板設計有一定難度，選型要保證與空間方面的配合。
后置換碟器
我們的設計支持后置的CD或者DVD換碟器，支持換碟器的圖像輸入和切換處理等。
AM/FM收音機和RDS
在DTS系統中，RDS是一個選擇項目，通過32位CPU的強大功能，我們能夠實現RDS的各種級別的功能和需要，達到能夠支持TMC實時路況導航的功能。
DAB系統
在歐洲等采用DAB的環境里面，我們的系統設計可以通過模塊接入的方式，支持DAB以及其相應的數據廣播功能。
藍牙
作為短距離通信的首選技術，藍牙在汽車內部的應用已經是一個必備項目。
免提電話接入功能
首先我們需要通過藍牙支持汽車內部的免提通話功能，通過產品內置的抗干擾的麥克風陣列和車內揚聲器，完成免提通話的功能。未來的開發，我們的藍牙系統還將支持藍牙后視倒車鏡或者倒車雷達，通過無線技術，降低連線工藝和工程難度。
通過USB端口，本設計可以為支持USB充電的手機提供充電功能。
系統工藝設計
一個好的產品，僅僅有好的電路和軟件還不夠，良好的工藝設計是實現產品量化的關鍵因素。在采用32位CPU實現的車載多媒體導航系統設計中，我們將復雜的導航和控制系統、LCD驅動系統放置在LCD屏的后面，采用雙面SMT工藝。而電源、音頻處理等模塊則放在主板上，采用一個雙面板的單面SMT工藝。DVD或者CD模塊采用機芯下的單PCB工藝，通過線纜接入系統。整個工藝設計簡潔可靠，空間利用率高，連接端口少，加工方便，至通率高。
作者：黃楊梓
深圳市圖林電子設計有限公司
工商網監
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