隨著用戶對(duì)駕車體驗(yàn)要求的提升，車載資通娛樂系統(tǒng)由于與行車的舒適性及便利性息息相關(guān)，已逐漸成為車體、傳動(dòng)和安全三大基本單元以外的第四大系統(tǒng)。資通娛樂系統(tǒng)同時(shí)承載了娛樂和交通狀況信息的獲取等職能。
傳統(tǒng)的汽車三大基本功能：車體、傳動(dòng)和安全系統(tǒng)與行車操控有直接的關(guān)系，而車載資通娛樂作為第四大車載系統(tǒng)則在定位上與前三者有很大區(qū)別，即該系統(tǒng)并不直接影響行車駕駛的操控性和安全性。
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，汽車已逐漸成為家庭娛樂與辦公環(huán)境的延伸。原本獨(dú)立的消費(fèi)和通信等應(yīng)用在進(jìn)入汽車電子領(lǐng)域后，不斷出現(xiàn)了新的整合性應(yīng)用。車載資通娛樂系統(tǒng)中除了高清 / 高保真內(nèi)容播放和數(shù)字電視等功能，車載GPS導(dǎo)航、移動(dòng)電話（GSM/GPRS）、信息連接、短距離通訊（Dedicated Short Range Communication, DSRC）及高階數(shù)據(jù)連結(jié)控制（High Level Datalink Control, HDLC）等也逐步成為該系統(tǒng)的重要組成部分。Telematics系統(tǒng)即結(jié)合了GPS、GSM/GPRS、DSRC及交通信息數(shù)字廣播等功能而產(chǎn)生的整合性服務(wù)，其能夠提供實(shí)時(shí)路況導(dǎo)航、避開擁堵路段并判斷最佳的行車路線、提供汽車狀況診斷、失車尋回、預(yù)約停車位、電子收費(fèi)（Electronics Toll Collection, ETC）及進(jìn)行緊急狀況呼叫等多樣性的增值服務(wù)。
Telematics系統(tǒng)規(guī)劃
Telematics平臺(tái)的基本構(gòu)架為主控制器/處理器、GPS引擎、音視頻CODEC、無線通訊模塊和影音輸出裝置等構(gòu)成。由于Telematics不同功能的集成和衍生，使其系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得日益復(fù)雜；而實(shí)際上另一方面，由于其來源于普通的消費(fèi)電子產(chǎn)品，因此在在軟、硬件系統(tǒng)架構(gòu)上與市場(chǎng)上流行的嵌入式手持設(shè)備并無太大的差異；而與普通消費(fèi)電子的區(qū)別主要在于應(yīng)用領(lǐng)域的不同，使其在軟件層面、系統(tǒng)可靠性及延伸性外圍接口上具有其專有的特性。
NaviFlex平臺(tái)為ST為車載Telematics系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開發(fā)平臺(tái)，其主要硬件架構(gòu)包括多媒體應(yīng)用處理器和GPS接收器，并支持廣泛的外圍接口。除了在功能上能滿足車載收音機(jī)、導(dǎo)航、車內(nèi)連結(jié)功能、影音播放媒體設(shè)備、移動(dòng)電視和后座娛樂等需求外，NaviFlex的定制化特征實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品較大彈性，有助于加快具有特定需求產(chǎn)品的上市速度。
圖一 Telematics平臺(tái)架構(gòu)示意圖（以NaviFlex Pro為例）
主控制器/處理器
Telematics系統(tǒng)具有處理多種資訊和娛樂信息的能力，隨著功能的增多和工作負(fù)載的不斷增加，對(duì)作為運(yùn)算及控制核心的主控制器/處理器的性能要求也不斷提升。車載Telematics系統(tǒng)處理器正從8位MCU逐步提升到32位，甚至采用高整合度的SoC應(yīng)用處理器。目前處理器核心多采用ARM7及ARM9兩種，下一代的高端產(chǎn)品將采用先進(jìn)的65納米制程，和搭載更強(qiáng)大的ARM11核心。
ST的Nomadik應(yīng)用處理器采用以ARM為控制核心搭配多顆硬件或DSP加速器，以達(dá)成最佳化的處理效能多核心分布式處理的架構(gòu)，滿足了車載Telematics系統(tǒng)的技術(shù)需求。
圖二 （以Nomadik為例）
Nomadik的專用加速器主要針對(duì)視頻、音頻、2D/3D繪圖、Java等功能，以及加速功能硬件（Acceleration Hardware）等。其中強(qiáng)化的3D繪圖加速器，可用于地圖繪制和人機(jī)接口的顯示功能；音頻加速器則支持MP3、AAC、AAC+、WMA、Midi等多種標(biāo)準(zhǔn)，以及高端多聲道格式，如MP3Pro、MWA、DTS-ES、AAC、Dolby Digital-EX等，它還同時(shí)具備一個(gè)24位音頻數(shù)據(jù)信道，能提供噪聲抑制、回聲消除、立體聲強(qiáng)化與環(huán)繞音效等功能；視頻加速器支持最新的H.264/AVC解碼，能提供30fps的VGA輸出質(zhì)量。
圖三 具廣泛功能延伸性的多核心應(yīng)用處理器架構(gòu)（以Nomadik STn8810為例）
Nomadik除了以分布式方案來提升影音多媒體的處理效能及降低功耗外，彈性的多核心架構(gòu)讓使用者可以快速整合自己的專有算法，并支持新的音視頻編碼格式。此外，Nomadik還提供廣泛的連接性，可通過UART連結(jié)GPS導(dǎo)航器、GSM/GPRS及Bluetooth無線通訊模塊；支持包括NAND閃存、CF 卡、微型硬盤、SD卡、SDRAM等多種儲(chǔ)存設(shè)備或內(nèi)存。為了延伸Telematics平臺(tái)的功能，Nomadik也支持包括CD/DVD/Radio/TV播放器及USB OTG等廣泛的外圍接口。
CAN總線是與車載系統(tǒng)中其它單元連結(jié)的重要接口，MOST則是因應(yīng)車用影音多媒體而出現(xiàn)的新高速總線規(guī)格，為了適應(yīng)汽車電子發(fā)展的趨勢(shì)，Nomadik內(nèi)建了CAN總 線控制器，也同時(shí)支持MOST總線標(biāo)準(zhǔn)。
多媒體應(yīng)用功能
Telematics車載系統(tǒng)以應(yīng)用處理器為核心提供多種娛樂、資訊和通信等應(yīng)用功能，AM/FM廣播接收及音樂的播放設(shè)備是其最基本的配置。
目前全球車載廣播存在多種規(guī)格。Telematics系統(tǒng)必須廣泛支持各種模擬及數(shù)字音頻格式。模擬音頻廣播仍是今日車載廣播的主流應(yīng)用，包括AM及FM頻道，以及美國(guó)的天氣頻道（Weather Band）等。模擬廣播系統(tǒng)核心架構(gòu)包括AM/FM接收器及播放器、音頻功率放大器等，其中接收器又包括RF的解調(diào)器（Tuner）及信號(hào)處理的音頻處理器。
數(shù)字音頻廣播的原理是將高頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為中頻后，再變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，通過DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)包括聲調(diào)（Tone）、音量、均衡，以及聲音的參數(shù)性等化等音頻效果數(shù)字化處理，可有效改善接收穩(wěn)定性及音頻質(zhì)量。數(shù)字音頻廣播使頻譜實(shí)現(xiàn)更有效的利用，接收性能得到提升，也更容易使用；而且除了聲音的傳送外，同時(shí)傳送影像與數(shù)據(jù)服務(wù)也已經(jīng)成為汽車娛樂的重要應(yīng)用趨勢(shì)。數(shù)字音頻廣播主要分為地面廣播和衛(wèi)星廣播，前者包括DAB/DMB、Digital Radio Mondiale（DRM）、HD Radio等格式；后者主要包括XM Radio、Sirius和WorldSpace等。
圖四 數(shù)字音頻廣播硬件架構(gòu)
ST的ADR (Advanced Digital Radio)接收器芯片組通過專用的技術(shù)架構(gòu)，能夠加速功能的實(shí)現(xiàn)。ADR由TDA7528 RF前端芯片及STA3005 DSP后端芯片所共同組成，透過其先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來解決干擾問題，讓芯片即使在信號(hào)微弱的地方或具有強(qiáng)烈多徑干擾的環(huán)境中，也能提供卓越的聲音處理及等化表現(xiàn)，而且能分擔(dān)音頻廣播主處理器的工作負(fù)擔(dān)。ADR廣泛支持目前的模擬（AM/FM和美國(guó)天氣頻道）及數(shù)字音頻廣播（DAB、DRM、HD Radio）服務(wù)。
除了音頻處理功能外，由于對(duì)RDS（Radio Data System）管理的支持是當(dāng)前汽車音頻廣播必須具備的功能。ADR也同時(shí)具備RDS解碼功能，能滿足中高端車種對(duì)質(zhì)量、性能及系統(tǒng)成本的最優(yōu)化需求。
視頻功能在汽車電子系統(tǒng)中也越來越常見，DVD、VCD或DVB-T數(shù)字廣播電視等開始走進(jìn)車內(nèi)，也有越來越多的汽車內(nèi)置一個(gè)或多個(gè)顯示屏幕。
移動(dòng)電視（Mobile TV）的規(guī)格為降低功耗而開發(fā)，極適用于車載廣播應(yīng)用。目前全球移動(dòng)電視的主要規(guī)格為DVB-H及T-DMB，德國(guó)于2006年6月率先推出了采用T-DMB的車載移動(dòng)電視系統(tǒng)，除了功耗極低外，即使在時(shí)速200公里的速度下，也能正常播放。
目前移動(dòng)電視的硬件技術(shù)在尺寸、功耗上已發(fā)展的相當(dāng)成熟，但在使用頻譜的規(guī)范上及相關(guān)的服務(wù)體系上仍處于發(fā)展階段。移動(dòng)電視系統(tǒng)中，主控制器/處理器與DVB-H或T-DMB前端模塊相連，即可提供移動(dòng)電視的播放。前端模塊具備從諧調(diào)器（Tuner）到解調(diào)器（Demodulator）的完整功能，直接將處理好的IP datagram和TS包分流送到處理器或音視頻解碼芯片做進(jìn)一步處理，最后將電視節(jié)目?jī)?nèi)容傳送到顯示屏上播放。
圖五 移動(dòng)電視應(yīng)用中FE與處理器、解碼器的運(yùn)作流程
車載通訊系統(tǒng)規(guī)劃中的挑戰(zhàn)
無線通訊功能是Telematics功能定位中的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)各種無線通訊功能的應(yīng)用，也讓Telematics的重要性得到提升。車載通訊與個(gè)人、家庭中的應(yīng)用方式雖然使用相同的技術(shù)，但系統(tǒng)差異很大。車載無線通訊大致可分為車內(nèi)、車外、車路與車間等四種應(yīng)用類型。
Bluetooth短距無線技術(shù)是車內(nèi)通訊所使用的主要手段，在應(yīng)用上又可分為Telematics系統(tǒng)與乘客的移動(dòng)設(shè)備之間的通訊（如手持免持應(yīng)用等）；以及系統(tǒng)與其它車內(nèi)設(shè)備的通訊，例如通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式將影音內(nèi)容傳送到屏幕或揚(yáng)聲器。
車外通訊則通過2G/2.5G/3G等移動(dòng)通訊技術(shù)結(jié)合GPS 定位，提供多樣化的信息與安全服務(wù)，如導(dǎo)航、交通信息、生活信息、防盜和失車追蹤等。
車路通訊主要指車輛與道路旁的交通信號(hào)標(biāo)志、建筑物等設(shè)施間進(jìn)行的通訊，最常用于電子計(jì)費(fèi)應(yīng)用，如高速公路、停車場(chǎng)、企業(yè)門禁管理等。其所使用的技術(shù)為DSRC。
車間通訊極具創(chuàng)意，使車與車無需通過特定的服務(wù)運(yùn)營(yíng)商即可在一定距離內(nèi)自動(dòng)連通，并交換鄰近的交通狀況，如堵車、事故、危險(xiǎn)路段等信息。該技術(shù)重點(diǎn)在于要有相當(dāng)數(shù)量的車輛具有此種通訊功能，且不同的車種和不同廠商所生產(chǎn)的汽車之間要能互相通訊，該功能才能發(fā)揮效用。車間通訊也同樣利用了DSRC技術(shù)。
Telematics系統(tǒng)的主控制器/處理器要通過UART等接口來連結(jié)Bluetooth、2G/2.5G/3G無線通信、DSRC，還包括單向接收的無線技術(shù)GPS、AM/ FM、DVB-T/DVB-H/T-DMB等各種無線模塊。因此，Telematics系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的一大挑戰(zhàn)就是這些通信模塊的天線、射頻（RF）和基帶（BB）三部分的整合。
無線技術(shù)多半采用不同的頻段，而接收或發(fā)射的高頻信號(hào)很容易彼此干擾而降低信號(hào)質(zhì)量，妥善規(guī)劃不同無線模塊的空間配置與隔離性是射頻（RF）模塊的關(guān)鍵。除了很多EMI/EMC的問題需要解決外，由于GSM/GPRS/3G共享射頻電路，濾波器等射頻被動(dòng)組件正在向自動(dòng)切換的方向發(fā)展，放大器方面也需要支持高線性度及寬帶等方面的設(shè)計(jì)。
不同的無線技術(shù)需要采用不同類型的天線來實(shí)現(xiàn)最佳的收發(fā)效果。天線的類型眾多，如上文提到的移動(dòng)通訊（2G/2.5G/3G）的天線以平面倒F型（PIFA）、單極型（Monopole）和螺旋式（Helix/Spiral）為主；GPS則多采用片狀天線（Patch）、Helix和PIFA等，其中又以Patch及Helix使用最多；此外，為了提升接收效果，車載天線也會(huì)采用車體外接收天線或天線分集（Antenna Diversity）技術(shù)來選擇接收強(qiáng)度較強(qiáng)的訊號(hào)。
Telematics系統(tǒng)軟件架構(gòu)
除了硬件，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件也決定了Telematics設(shè)備的性能。常見的車載嵌入式操作系統(tǒng)有Wind River的VxWorks、QNX Software的QNX及Acclerated Technology的Nucleus Plus等。由于汽車在安全性等方面的特殊要求，一般的操作系統(tǒng)難以滿足車載系統(tǒng)抵抗惡劣環(huán)境和較長(zhǎng)的使用壽命等能力，汽車制造廠對(duì)車載設(shè)備的可靠性要求遠(yuǎn)高于3C設(shè)備，因此Telematics軟件平臺(tái)往往會(huì)選用專用的RTOS嵌入式操作系統(tǒng)。Telematics的重要應(yīng)用軟件則包括A-GPS、方位推算（Dead Reckoning, DR）、LBS位置服務(wù)、遠(yuǎn)程診斷等增值功能。
中間件（Middleware）屬于可復(fù)用軟件的范疇，位于操作系統(tǒng)軟件與用戶的應(yīng)用軟件的中間。好的中間件能加速對(duì)特定功能的開發(fā)時(shí)程，也能擴(kuò)展應(yīng)用上的功能，例如加速DVB-H移動(dòng)電視的電子選單功能配置等。
目前嵌入式軟件系統(tǒng)已逐漸擺脫封閉性的專用架構(gòu)，開始走向開放性接口，即抽象硬件接口（Hardware Abstraction）的概念。抽象硬件接口的架構(gòu)同時(shí)為應(yīng)用程序提供針對(duì)特定操作系統(tǒng)的統(tǒng)一軟件接口，和為底層硬件設(shè)備的抽象化接口。開放式架構(gòu)加速了設(shè)計(jì)開發(fā)的速度，可有效縮短上市時(shí)間。
如圖所示軟件構(gòu)架，Telematics系統(tǒng)由底層的硬件接口、中層的驅(qū)動(dòng)程序、及上層的應(yīng)用程序三個(gè)層次組成，三者之間則通過低階API及高階API來進(jìn)行溝通。
底層硬件設(shè)備包括多媒體加速器/音視頻編譯碼器、UART接口、USB接口、Bluetooth等通訊接口，以及LCD控制器、照相機(jī)等一般性應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)硬件接口；中間部分主要包含處理核心、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和文件系統(tǒng)的操作系統(tǒng)功能，以及多媒體架構(gòu)、語(yǔ)音及網(wǎng)絡(luò)的通訊架構(gòu)、Java和安全性架構(gòu)等；語(yǔ)音、游戲、短信、瀏覽、PIM等功能位于上層的應(yīng)用軟件部分。
圖六 開放性軟件系統(tǒng)架構(gòu)
結(jié)論
汽車電子帶來的全新駕駛體驗(yàn)是促使其飛速發(fā)展的動(dòng)力，雖然其與普通的消費(fèi)型電子產(chǎn)品在硬件架構(gòu)上很相似，但在應(yīng)用功能上卻差異很大。
標(biāo)準(zhǔn)化是Telematics系統(tǒng)服務(wù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。例如行車記錄、安全保障、位置服務(wù)（LBS）和電子收費(fèi)（ETC）等，許多應(yīng)用除了整個(gè)機(jī)車產(chǎn)業(yè)以外，還涵蓋了通訊、交通、金融、廣電等多個(gè)領(lǐng)域；此外，應(yīng)用的定制化也要求廠商獨(dú)特的創(chuàng)意和靈活的設(shè)計(jì)制造能力。
