車載主機與智能手機互動系統(tǒng)設(shè)計*

曾昭德 洪曉斌

（1.廣東好幫手電子科技股份有限公司 2.華南理工大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院）

0 引言

近年來，智能手機的發(fā)展已在很多方面領(lǐng)先于車載主機，尤其是多媒體和移動網(wǎng)絡(luò)方面。例如，用戶可以方便地在線升級智能手機的電子地圖，安裝第三方軟件擴展功能，還可以方便地更新和播放手機的音樂、視頻和照片等。但智能手機不能完全替代車載主機，因為智能手機不能與汽車總線、音響等實現(xiàn)穩(wěn)定地連接和控制，也不具備安全輔助駕駛、汽車故障診斷等功能。因此，行業(yè)已開始研究將智能手機與車載主機連接起來，在車載主機顯示手機的屏幕。用戶通過手機屏幕的操作，運行手機上的應(yīng)用程序，對于與汽車總線和傳感器相關(guān)的行車安全、輔助駕駛等功能，由車載主機結(jié)合傳感器和總線控制等實現(xiàn)。

MirrorLink是由國際性知名手機廠商和汽車制造商聯(lián)合發(fā)起建立的一種“車聯(lián)網(wǎng)”標(biāo)準(zhǔn)，目的是通過跨產(chǎn)業(yè)合作打造無縫隙的車內(nèi)通訊環(huán)境，讓智能手機、平板電腦、電子書等各式移動終端都能通過該標(biāo)準(zhǔn)，快捷地與車載信息娛樂系統(tǒng)互聯(lián)使用，為用戶提供最簡單和直接的體驗。MirrorLink已成為2012年值得關(guān)注的十大新技術(shù)[1]。但MirrorLink協(xié)議目前在手機行業(yè)中沒完全普及，許多手機還不支持該協(xié)議。

本系統(tǒng)的設(shè)計目的是為了兼容更多的手機，實現(xiàn)不支持MirrorLink協(xié)議但提供移動終端高清影音標(biāo)準(zhǔn)接口（mobile high-definition link，MHL）[2]或者高清晰度多媒體接口（high definition multimedia interface，HDMI）的智能手機與車載主機的連接，在車載主機顯示手機屏幕和播放聲音；同時實現(xiàn)用戶通過車載主機屏幕操作手機的應(yīng)用。

隨著車載主機和智能手機采用雙核、四核CPU，1G、2G內(nèi)存，整機性能不斷增強，車載主機和智能手機的多屏互動效果也將越來越流暢。在多屏互聯(lián)互通應(yīng)用中[3]，MHL技術(shù)作為一種連接便攜式消費電子裝置的影音標(biāo)準(zhǔn)接口[4]，音視頻轉(zhuǎn)換模塊通過MHL_HDMI橋接集成電路，把未經(jīng)壓縮的MHL視頻信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)HDMI兼容信號，其輸出畫面理論可達(dá)1080p（目前主流支持到720p/1080i）。音視頻轉(zhuǎn)換模塊把標(biāo)準(zhǔn) HDMI兼容信號再轉(zhuǎn)換成 CVBS（VGA或RGB）格式的視頻流和L/R音頻流，傳輸?shù)杰囕d主機。

支持MHL/HDMI方式的手機[5]不斷增加，例如：三星的 I9250（Galaxy Nexus），I9220（Galaxy Note），I9100 Galaxy SII，Galaxy SII LTE，移動版I9108，電信版I9100，I997Infuse 4G等；HTC的G19 Raider 4G，G18（Sensation XE)，G17（EVO 3D），HTC Flyer，G14，HTC Jestream等；LG的LG Optimus 4X，LG X3 P880，LG Optimus LTE，LU6200等；魅族的MX，OPPO X905 Find 3等等。

1 系統(tǒng)組成

智能手機與車載主機互動系統(tǒng)由智能手機（客戶端軟件）、音視頻轉(zhuǎn)換模塊和車載主機（服務(wù)端軟件）組成，如圖1所示。智能手機音頻/視頻通過MHL或者HDMI接口輸出，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后在車載主機顯示手機屏幕和播放聲音；智能手機與車載主機通過藍(lán)牙或者WiFi連接和通訊，由車載主機上監(jiān)控鼠標(biāo)事件的服務(wù)器程序，將用戶在車載主機屏幕上的觸摸事件和坐標(biāo)發(fā)送給手機客戶端，客戶端模擬對應(yīng)的鼠標(biāo)事件，實現(xiàn)用戶通過車載主機屏幕操作手機的應(yīng)用。

圖1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)成本低，操作方便。對于車主，智能手機和車載主機都已有，無需另外購買，升級本系統(tǒng)方案只需增加音視頻轉(zhuǎn)換模塊。

2 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計

轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)如圖2 所示。智能手機的音視頻數(shù)據(jù)輸出接口與音視頻轉(zhuǎn)換模塊的輸入接口連接，如果智能手機的輸出是MHL信號，則音視頻轉(zhuǎn)換模塊先把MHL格式的信號轉(zhuǎn)換為HDMI格式。音視頻轉(zhuǎn)換模塊將 HDMI格式的音視頻信號轉(zhuǎn)換為CVBS/VGA/RGB格式的視頻信號和L/R音頻信號。將CVBS/VGA/RGB格式的視頻信號輸出到車載主機CVBS/VGA/RGB視頻輸入接口，將音頻信號輸出到車載主機L/R音頻輸入接口。

圖2 轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)換模塊采用龍訊科技的 LT8612芯片，通過MICRO USB接口的MHL線和手機連接（如圖3 所示）。轉(zhuǎn)換模塊支持MHL1.2和HDMI1.4協(xié)議，480p或480i的視頻直接輸出到主機的IPOD接口，音頻通過DAC芯片PCM5100后輸出到主機。

圖3 MICRO USB接口轉(zhuǎn)MHL

音視頻轉(zhuǎn)換模塊將智能手機的屏幕界面和音頻數(shù)據(jù)，分別以視頻流和音頻流的方式傳輸給車載主機；車載主機的觸摸屏顯示智能手機的屏幕界面，與車載主機連接的音響設(shè)備播放音頻數(shù)據(jù)。

3 功能實現(xiàn)

3.1 WiFi設(shè)置與連接

WiFi一直被視為通信網(wǎng)絡(luò)的有效補充，大多數(shù)智能手機已具備這一功能。如果車主用戶選擇 WiFi方式，車載主機通過WiFi網(wǎng)卡連接智能手機的WiFi熱點，車載主機服務(wù)器軟件通過SOCKET方式與智能手機客戶端軟件進行數(shù)據(jù)交換[5]。車載主機與智能手機客戶端通過WiFi方式建立無線連接過程如圖4所示。智能手機客戶端軟件啟動后，先按照協(xié)議約定，設(shè)置手機 WiFi熱點的服務(wù)集標(biāo)識（service set identifier，SSID）的名稱、加密方式和密碼（見圖5a）。智能手機客戶端軟件判斷WiFi模塊是否處于上網(wǎng)狀態(tài)，由于WiFi模塊的上網(wǎng)功能與熱點功能是互斥的，所以智能手機客戶端軟件首先通過手機系統(tǒng)提供的API接口調(diào)用isWiFiEnabled()方法判斷WiFi模塊是否處于上網(wǎng)狀態(tài)，若是，則通過手機系統(tǒng)提供的 API接口調(diào)用setWiFiEnabled(false)方法關(guān)閉WiFi模塊的上網(wǎng)功能。在確認(rèn)WiFi模塊的上網(wǎng)功能處于關(guān)閉狀態(tài)后，智能手機客戶端軟件調(diào)用 API接口函數(shù)getWiFiApConfiguration()獲取手機 WiFi熱點的原始信息，包括原始 SSID、加密方式、密碼等，將手機WiFi熱點的原始信息與協(xié)議約定配置的SSID、加密方式、密碼信息進行比較。如果不一致，則通過調(diào)用setWiFiApConfiguration()對手機 WiFi熱點的原始信息進行修改，使其與協(xié)議約定配置的WiFi 熱點信息一致，啟動手機WiFi熱點。

圖4 建立WiFi無線連接流程圖

車載服務(wù)器端啟動自動搜索智能手機WiFi熱點功能（見圖5b），車載服務(wù)器軟件判斷車載主機是否搜索到約定名稱的手機WiFi熱點，若搜索到，車載主機以協(xié)議約定的加密方式和密碼進行連接，手機與車載主機軟件提示連接成功。

3.2 鼠標(biāo)點擊事件監(jiān)控

無線連接成功后，手機客戶端通過API接口函數(shù)獲取手機屏幕大小，發(fā)送給車載主機服務(wù)器軟件，車載主機服務(wù)器軟件接收智能手機屏幕像素大小數(shù)據(jù)并進行預(yù)設(shè)置。車機服務(wù)器軟件啟動鼠標(biāo)鉤子（Mouse HOOK），監(jiān)控用戶的屏幕觸摸操作，將鼠標(biāo)事件（WM_ LBUTTONDOWN，WM_LBUTTONUP，WM_ MOUSEMOVE）和根據(jù)手機屏幕大小計算后的坐標(biāo)發(fā)送到手機客戶端；手機客戶端根據(jù)這些數(shù)據(jù)同步模擬手機屏幕的鼠標(biāo)事件。這樣，就實現(xiàn)了在車載主機屏幕上進行點擊，遠(yuǎn)程操作手機應(yīng)用的功能。

由于車載主機一般都是寬屏幕的，例如800×480像素，智能手機以橫屏狀態(tài)投影到車載主機的效果比較好（見圖6）。橫屏狀態(tài)投影方式的算法參數(shù)說明如下：X為車載主機屏幕點的x坐標(biāo)；Y為車載主機屏幕點的y坐標(biāo)；Width為車載主機屏幕觸摸區(qū)寬度；Height為車載主機屏幕觸摸區(qū)高度；PhoneW為智能手機屏幕觸摸區(qū)寬度；PhoneH為智能手機屏幕觸摸區(qū)高度。

需要發(fā)給手機的點的 x坐標(biāo)算法：float rx =(float)Y/ (float)Height*(float)PhoneH；需要發(fā)給手機的點的 y坐標(biāo)算法：float ry = (float)X/ (float)Width*(float)PhoneW。制定相應(yīng)的通訊協(xié)議，車載主機服務(wù)器程序?qū)⑹髽?biāo)事件和坐標(biāo)數(shù)據(jù)按照協(xié)議進行數(shù)據(jù)打包，發(fā)送給智能手機客戶端程序，智能手機客戶端程序模擬對應(yīng)的鼠標(biāo)事件，實現(xiàn)對智能手機的應(yīng)用程序操作。

圖6 手機橫屏投影到車載主機

3.3 功能按鈕

為了更方便操作，在車載主機的控制面板上設(shè)置3個按鍵，模擬智能手機的“返回”按鍵Black，“主頁”按鍵 Home，以及“菜單”按鍵 Menu。按鍵操作由Down和Up兩條指令組合完成，在協(xié)議中，指令用1位字節(jié)進行區(qū)別。

4 結(jié)束語

本文給出了一種智能手機與車載主機的互動方法。本系統(tǒng)的方案兼容性強，能夠適配多種型號的智能手機，促進了車載電子多屏互動和TeleMatics的發(fā)展。

[1]張元文,陳瑋.車載系統(tǒng) MirrorLink方案的研究[J].信息技術(shù),2013(2):55-58.

[2]Silicon Image 推出新型移動高清連接技術(shù)[J].世界電子元器件,2008(2):23.

[3]張健偉,潘夢鷂,劉桂雄.基于GFSIN的車載式智能加速度傳感單元的設(shè)計[J].自動化與信息工程,2009,30(4):21-24.

[4]郭勇.移動設(shè)備新看點MHL技術(shù)能否引發(fā)視頻接口變革[J].電腦迷,2012(10):41.

[5]張慶.基于MHL技術(shù)的畫中畫顯示及鍵鼠控制系統(tǒng)研究[C].第二十六屆中國（天津）2012 IT、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)、電子、儀器儀表創(chuàng)新學(xué)術(shù)會議:170-173.