TI技术专家分享：愈久弥新的车载接入技术

　　引言

　　车载信息娱乐消费者可能认为车载网络接入是一种新兴的功能，仅仅意味着互联网接入而已。我们的观念也在迅速地更新。很少有人会认为CAN通信是一种高科技术语，但在信息娱乐系统中，CAN及其它内部连接协议（例如：MOST、以太网和USB等）构成重要的骨干网络，让今天许多关键的车载功能得以实现。蓝牙技术曾被定义为车载“无线”连接技术。现在，人们拓展了它的定义，让其融入智能电话网络共享、车载Wi-Fi®接入点、车间通信、近场通信（NFC）等等。

　　过去10年，TI和QNX软件系统有限公司密切协作，为我们带来了许多具有创新性的车载信息娱乐连接解决方案。即使被今天车载里使用的一些系统所取代，但这些系统中的许多在当时都是具有开创性的。本文将深入探讨驱动这些系统发展的改进和创新因素，并对其未来的发展进行展望。不仅可以通过采用新型车载系统和车载电子组件来实现互动来实现创新，通过一些“不那么吸引眼球”但却至关重要的方法（例如：降低系统成本、体积和功耗等），同样也可以实现创新。另外，我们还将从车载系统和外部设备两方面讨论接入技术。

　　

　　图为经特别改装的吉普牧马人内QNX基准车载的控制台

　　OMAP1处理器的蓝牙技术和压缩音频

　　在2002年推出OMAP1处理器以后，TI发布了单片车载器件系列，其可实现丰富的多媒体体验（CD-DA和CD-ROM/DVD-ROM/USB/SD，支持MP3、WMA和AAC音频解码器）。这些器件还为使用早期蓝牙技术的电话提供连接功能，实现车内免提通话功能。这些解决方案仍然还在批量发货，直到2012年它们都在为消费者提供功能丰富的入门级信息娱乐体验。德州仪器与QNX软件系统公司一起为OMAP1处理器带来了许多重要创新，包括把多媒体功能和一个基于应用的处理器集成到一个单片上系统（SOC）内。这种解决方案利用TI的C55x数字信号处理器（DSP）提高了音频编解码器和处理的速度，同时使用ARM控股公司的ARM926通用处理器与该DSP的简单API，对通信进行协调。

　　

　　图1：简化OMAP1处理器结构图

　　Jacinto 1-DDR增强型多媒体和软件定义无线电

　　在推出5种OMAP1处理器版本以后，TI于2006年发布了Jacinto 1系列器件。这种新的器件系列，给信息娱乐集成带来了重大飞跃。相比OMAP1系列，Jacinto 1系列拥有更低的成本点，可实现更多的功能，例如：从DVD或者本地USB/SD存储器播放压缩视频、为Apple iPod®提供蓝牙A2DP音频流支持以及数字无线电基带解调（欧洲为DAB，美国为HD Radio™）。另外，Jacinto 1-DDR器件还可驱动两台高清彩色显示器，用于实现用户界面或者视频播放，从而让OEM在屏幕信息显示方面拥有更大的灵活性。Jacinto 1器件还用强大的TI C64x+定点DSP替代了C55x DSP。C64x+ DSP的高性能支持同时运行图形加速、压缩音频解码、语音识别和无线电解调。这种并行运行特性极大地扩展了单颗隔离式ARM CPU的功能。

　　TI和QNX软件系统公司在Jacinto 1器件中实现的另一个重要创新是DSP链接处理器间通信（IPC）组件。这种链接把ARM CPU和DSP连接到一起，利用DSP加速实现应用和外围器件的零开销控制。DSP链接IPC软件是对Jacinto 1处理器的兄弟产品OMAP 1处理器的重大发展。DSP链接的软件机制范围得到了扩展，可支持数种完全不同的信息传输技术。另外，它还让一些迥然不同的功能在DSP上同时执行成为现实，例如：音频编解码、图形加速和无线电解调等，同时允许ARM软件通过用户应用程序无缝、低延迟地对这些功能进行控制。

　　Jacinto 1处理器还允许硬件安排和处理来自外部资源的视频，例如：摄像头和DVD等，直接输出到显示器上。以前的一些构架仅能通过软件算法或者使用单独的硬件设备，通过用户界面完成视频资源的安排或者多路传输。利用软件把用户界面与摄像头或者视频叠加层混合显示在一起、设置透明度或者执行色彩空间操作，会极大增加软件处理开销，同时也会增加单独硬件设备的材料清单（BOM）成本。Jacinto 1器件通过硬件功能实现图形处理（例如：色彩空间转换或者透明混合处理），从而消除了对以上两种解决方案的需求。这种优势把ARM CPU从繁重的图形处理工作中解放出来，让其用于实现更多的软件功能，从而实现OEM差异化。

　　QNX软件系统公司为Jacinto 1系统贡献了软件基础组件，为器件的众多功能提供支持。例如，使用可通过DSP链接的DSP编解码器的多媒体框架，以及把第三方公司提供的DSP加速图形功能集成到QNX软件系统OpenGL® ES驱动器中。

　　

　　图2：TI Jacinto 1-DDR处理器图

　　智能电话时代的Jacinto 3系列增强图形与用户体验

　　TI于2008年推出了其OMAP 3处理器和Jacinto 3系列器件，均包括了ARM®Cortex™-A8内核和成像技术PowerVR™ SGX图形。这些系统拥有与Jacinto 1-DDR解决方案一样的连接选项，但其通过强大的图形与低延迟触摸屏支持，极大增强了用户体验。

　　软件实现了这种进步。Jacinto 3器件非常强大，能够在一块单片上运行全部信息娱乐软件。要求使用众多单独CPU、GPU和DSP组件的系统的年代终于结束了。QNX软件系统公司利用Jacinto 3的强大功能以及其长达10年的车载解决方案开发经验，创造出第一个QNX CAR™应用平台。它大大减小了交付车载信息娱乐产品需要的一级集成工作量。QNX CAR应用平台把所有单独软件组件都集成到一个封装内，包括一个“现代”信息娱乐系统要求的所有主要组成部分。在一块单片上，把所有信息娱乐功能都集成到一个单软件构架中，降低了项目BOM成本，同时这种预集成软件组件还降低了开发成本。

　　对于多车载一级供应商来说，这种解决方案获得了空前的成功。供应商可以把开发周期（从概念到生产）从3年缩短到仅14个月！

　　

　　图3：TI Jacinto 3处理器图

　　Jacinto 4和5系列增加多媒体、云连接和增强型车载通信功能

　　Jacinto 4和5系列处理器出现在2010年。这些芯片让车载多媒体的发展进入下一个阶段：全高清、1080p视频解码/编码与显示。它们还给C674x+浮点DSP带来另一项DSP升级。这些芯片在今天系统中的使用日益普遍，为用户带来一种低成本、全功能接入的信息娱乐体验。

　　QNX和TI对Jacinto 4和5平台的重要创新主要为通过MOST MLB、以太网AVB、PCIe和SATA提供更好和更多的连接解决方案，从而能够连接更多网络和外围设备。TI还推出了其单片、多标准WiLink™ 7Q组合连接解决方案的车载版。Wi-Fi、蓝牙和GPS技术第一次集成到一块单车载用芯片上，与Jacinto处理器连接。

　　Jacinto 4和5的一种独特改进是双ARM Cortex-M3 CPU（以及一个专用L1高速缓冲存储器），专门用于各种具有高中断负载或者实时延迟要求的软件服务，从而为主CPU减负。一个单Cortex-M3内核可管理视频流解码和视频帧的产生，以便对主CPU减负，用于I/O文件（从SD卡读取电影文件）和音频解码。TI通过扩展以前的DSP链接（ARM-DSP）处理器间通信API，把Cortex-M3内核（SYSLink）以及硬件邮箱和自旋锁包括在内，从而进一步提高了性能。

　　

　　图4：TI Jacinto 4处理器图

　　在QNX CAR应用平台取得成功的基础上，QNX软件系统开始把Jacinto 4和OMAP 4处理器用作初始硬件平台，实施下一代开发计划。QNX汽车小组对QNX多媒体引擎编解码器进行了调整，以充分利用SYSLink的新功能，从而提高这种引擎的性能。

　　QNX软件系统利用Jacinto 4的特性，构建起QNX CAR 2应用平台，它是在信息娱乐软件环境下的进一步进化和发展。QNX CAR 2使用一种模块化构架，支持多种用户界面技术，包括HTML5等。通过一种统一服务层的持续发布/订阅（PPS）技术，可隔离底层软件服务。这种模块化，给开发人员带来比一些死板构架更多的定制选项，同时还缩短了车载信息娱乐系统上市所要求的总开发时间。

　　图5：QNX CAR 2软件构架的高级视图

　　下一代联网信息娱乐解决方案

　　QNX软件系统和TI不断推动联网信息娱乐解决方案向前发展，针对2016年及以后的车型。TI在其OMAP 5处理器中使用ARM Cortex-A15基础构架，用于车载信息娱乐，并使用最新一代的Jacinto 6处理器。在OMAP 5构架的基础上，相比前一代Jacinto 5，Jacinto 6包括了许多重要的性能改进：CPU、图形（使用成像技术公司的PowerVR SGX544MP2）、多媒体和软件定义无线电。Jacinto 6还拥有更多、更好的接口，包括高清环绕视角摄像头、多并行高清显示、USB3.0、PCIe2和SATA。

　　QNX CAR 2应用平台将是ARM Cortex-A15器件上拥有的第一个综合信息娱乐平台。QNX CAR 2平台的功能不断发展，最终将会支持OMAP 5平台和Jacinto 6处理器提供的附加硬件功能。

　　Jacinto 6平台的多摄像头输入功能，让设计人员可以创造出支持高级驾驶辅助与安全（ADAS）功能的信息娱乐系统，同时摄像头还可用于自适应巡航控制、行车道偏离警告、疲劳驾驶警告和许多其它功能。由于各个版本的QNX® Neutrino®RTOS均获得安全认证，可用于高可靠性系统，因此结合了OMAP 5处理器、QNX信息娱乐和ADAS的系统可达到工业要求，能够在集成更先进多媒体和安全功能的同时不断合并各种成本。

　　利用TI的Jacinto 6平台和QNX平台解决方案，能够以一种高成本效益的方式实现下列连接增强功能：

　　l-- 连接车内子系统的以太网AVB及（或）MOST MLB 150多媒体接口

　　l-- 通过TI的WiLink 7Q和WiLink 8Q组合连接解决方案实现无线连接，用于专为支持Wi-Fi认证Miracast™而设计的一些器件。WiLink 8Q系列让跨平台扩展性达到一个新的水平，并按照AEC-Q100资格进行测试。

　　-NFC

　　-GNSS（GPS+格洛纳斯）

　　-蓝牙/蓝牙低能耗

　　-Wi-Fi

　　l--多视频输入或者环绕视角摄像头接口与处理

　　l--多实例数字无线电支持

　　l--多高清显示

　　

　　图6： TI Jacinto 6处理器图

　　未来展望：2018年、2020年以及更远的将来，车载信息娱乐系统会是什么样子呢？

　　器件融合和功能扩展的发展趋势肯定不会变，并可能会加速发展。这些发展趋势的结果可能是，全座舱显示以及安全与信息娱乐功能的融合。人们需要能够满足消费电子创新与使用发展需求的车载技术，在此驱动下，需要更优秀的设备连接解决方案，同时还要不断缩短软件开发周期。广大消费者希望有更多的日常技术能够融入到其驾驶体验中，而ADAS功能的发展（终极目标是开发出完全自主驾驶车载）便是这种需求发展的一种自然结果。

　　作者：德州仪器 （TI） 车载信息娱乐处理器产品线经理Matthew Watson、车载信息娱乐处理器系统与构架经理Scott Linke、QNX软件系统车载产品营销经理Andy Gryc