車載信息娛樂系統(tǒng)優(yōu)化探究

劉碧波，程長(zhǎng)春

（東風(fēng)汽車技術(shù)中心&觀致汽車研究院，湖北 武漢 430056）

隨著國(guó)內(nèi)外OEM對(duì)智慧車輛逐漸達(dá)成共識(shí)，賦予汽車新的使命，也豐富了車輛的應(yīng)用場(chǎng)景，用戶與車輛的直接對(duì)話越來(lái)越多，使用場(chǎng)景的增加給車載信息娛樂系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。通過對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵元器件負(fù)荷分析，引導(dǎo)工程師對(duì)核心元器件進(jìn)行選型，并通過軟件策略的優(yōu)化來(lái)提升系統(tǒng)的流暢性，符合市場(chǎng)用戶需求。

1 系統(tǒng)架構(gòu)組成

1.1 硬件框圖

參考某OEM的一款中控車機(jī)硬件架構(gòu)簡(jiǎn)圖 （圖1）。中控影音娛樂系統(tǒng)的架構(gòu)主要包含主CPU、觸摸屏、MCU、DSP、功放、WIFI模塊、BT藍(lán)牙模塊、GPS天線模塊、收音機(jī)AM／FM模塊、CAN收發(fā)器、USB接口等，各獨(dú)立功能芯片主要參與信號(hào)收發(fā)、解析及優(yōu)化，對(duì)系統(tǒng)的流暢性影響較小，主要由核心處理器對(duì)用戶及外界輸入信號(hào)進(jìn)行綜合處理，主處理器的性能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行速率影響較大。通過測(cè)試主處理器的負(fù)載及各應(yīng)用的內(nèi)存占用狀態(tài)選取合適的元器件，減少設(shè)計(jì)漏洞，同時(shí)避免資源浪費(fèi)，有效控制成本。

1.2 應(yīng)用工作原理

圖2為應(yīng)用工作原理。Linux系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)，從ROM中加載系統(tǒng)基本信息，通過引導(dǎo)程序啟動(dòng)系統(tǒng)主程序，在應(yīng)用被喚醒時(shí)，從L1／L2緩存數(shù)據(jù)中尋找應(yīng)用數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)所需數(shù)據(jù)，則快速啟動(dòng)應(yīng)用；反之，則通過運(yùn)行內(nèi)存從存儲(chǔ)內(nèi)存中調(diào)用并運(yùn)行應(yīng)用數(shù)據(jù)。

圖1 硬件框圖

圖2 應(yīng)用工作原理

由于緩存模塊封裝在主處理器內(nèi)部，通常一個(gè)應(yīng)用從喚醒到運(yùn)行的整個(gè)過程中，主要參與的硬件模塊有：功能模塊芯片、CPU、運(yùn)行內(nèi)存、儲(chǔ)存內(nèi)存。功能模塊芯片接收原始信號(hào)后轉(zhuǎn)換成A／D信號(hào)輸入給CPU，由CPU底層軟件驅(qū)動(dòng)顯示屏進(jìn)行顯示及功放發(fā)聲，鑒于功能模塊較多，本篇不作深入研究，主要從CPU、運(yùn)行內(nèi)存、存儲(chǔ)內(nèi)存3個(gè)維度來(lái)探討系統(tǒng)的優(yōu)化方案。

2 CPU運(yùn)行負(fù)荷

2.1 CPU的負(fù)荷分布

同一個(gè)應(yīng)用在不同的場(chǎng)景，CPU的負(fù)載也不一致，全功能樣機(jī)上輸入指令：adb shell top-m 10-s cpu，測(cè)得每個(gè)應(yīng)用最大CPU負(fù)載的數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)場(chǎng)景如圖3所示。

圖3 CPU負(fù)載

根據(jù)以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，綜合用戶使用習(xí)慣，以下兩種常見使用場(chǎng)景中，會(huì)出現(xiàn)CPU負(fù)載過高現(xiàn)象。

1）收音機(jī)+導(dǎo)航+語(yǔ)音助理+雙屏互動(dòng)，負(fù)載79%。

2）導(dǎo)航+日歷+語(yǔ)音助理+雙屏互動(dòng)，負(fù)載86%。

通常系統(tǒng)底層軟件運(yùn)行監(jiān)控也會(huì)占用少量資源 （＜2%），在負(fù)載過高時(shí)，調(diào)用其他應(yīng)用，例如點(diǎn)擊多媒體按鍵板、高清媒體源播放、藍(lán)牙來(lái)電等，都會(huì)造成CPU資源不足，系統(tǒng)不流暢。

2.2 CPU優(yōu)化

在項(xiàng)目策劃階段，需要對(duì)車載應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得應(yīng)用的最大CPU負(fù)荷、成本及后期OTA升級(jí)需求來(lái)對(duì)CPU進(jìn)行選型，CPU優(yōu)化通常從以下兩點(diǎn)進(jìn)行考慮。

1）當(dāng)CPU處于一個(gè)較高的負(fù)載工況時(shí) （CPU占用90%），若一個(gè)20%CPU占用的應(yīng)用被激活，正常情況下，該應(yīng)用從喚醒到啟動(dòng)需1s，則會(huì)因?yàn)镃PU資源不足，導(dǎo)致應(yīng)用程序調(diào)用時(shí)間增倍為2s，實(shí)際體驗(yàn)就能感受到延遲，后繼雖然可通過代碼架構(gòu)適當(dāng)優(yōu)化，但不能從根本上解決系統(tǒng)不流暢的問題。因此，在進(jìn)行硬件選型時(shí)，需估算CPU的最大負(fù)載，選擇處理器。

2）目前業(yè)內(nèi)普遍CPU的負(fù)載設(shè)計(jì)不超過70%，在確定CPU型號(hào)后，需保證CPU平穩(wěn)工作。生產(chǎn)工藝、硬件電路、結(jié)構(gòu)散熱等都會(huì)對(duì)CPU工作造成影響，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)使主機(jī)內(nèi)部局部溫度偏高，造成CPU降頻，運(yùn)算能力下降，可通過合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)及硬件電路布局優(yōu)化CPU散熱，保證CPU良好運(yùn)行。

3 系統(tǒng)運(yùn)行內(nèi)存

3.1 運(yùn)行內(nèi)存負(fù)載分布

同CPU負(fù)載類似，在全功能樣機(jī)上調(diào)用adb指令直接看每個(gè)模塊的內(nèi)存占用，輸入指令：adb shell dumpsys meminfo，模擬測(cè)得每個(gè)應(yīng)用的內(nèi)存占用如圖4所示。

圖4 運(yùn)行內(nèi)存負(fù)載

某系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行內(nèi)存為2G（2048M），用adb指令運(yùn)行模擬應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)占用的實(shí)際內(nèi)存為931M，選用1G（1024M）內(nèi)存即可滿足系統(tǒng)需求，但內(nèi)存預(yù)留不足，后繼程序升級(jí)時(shí)容易出現(xiàn)內(nèi)存容量不夠，系統(tǒng)運(yùn)行卡頓的情況，因此需綜合成本及當(dāng)前內(nèi)存占用狀態(tài)來(lái)選取合適的內(nèi)存大小。

3.2 運(yùn)行內(nèi)存優(yōu)化

當(dāng)前市面上車載DDR3內(nèi)存大小與價(jià)格參考如下：1G內(nèi)存96元，2G內(nèi)存130元。

綜上所述，考慮到后期OTA升級(jí)，應(yīng)用更新優(yōu)化，結(jié)合當(dāng)前內(nèi)存的市場(chǎng)報(bào)價(jià)，選取2G運(yùn)行內(nèi)存既滿足當(dāng)前設(shè)計(jì)方案，又可支持后期迭代升級(jí)，為最優(yōu)性價(jià)比方案。

4 系統(tǒng)存儲(chǔ)內(nèi)存

4.1 存儲(chǔ)內(nèi)存負(fù)載分布

應(yīng)用數(shù)據(jù)通常保存在eMMC（Embedded Multi Media Card）存儲(chǔ)器中，在車機(jī)系統(tǒng)中通常保存系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)、高德離線地圖數(shù)據(jù)、科大訊飛／百度語(yǔ)音包數(shù)據(jù)、常規(guī)系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)及測(cè)試LOG文件等，某車載主機(jī)存儲(chǔ)內(nèi)存參考見圖5。

在硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般會(huì)將存儲(chǔ)器劃分為系統(tǒng)區(qū)及用戶區(qū)，系統(tǒng)區(qū)一般預(yù)留部分空間用于系統(tǒng)更新優(yōu)化及系統(tǒng)數(shù)據(jù)臨時(shí)緩存，某項(xiàng)目系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)際數(shù)據(jù)大小為3.18G，預(yù)留4G；用戶區(qū)高德離線地圖占用7.19G，科大訊飛離線語(yǔ)音包占用0.48G，系統(tǒng)常規(guī)應(yīng)用一般占用較小，主要由酷我音樂等第三方APP及調(diào)試LOG數(shù)據(jù)占用。

圖5 存儲(chǔ)內(nèi)存負(fù)載

在系統(tǒng)硬件方案確定前，地圖數(shù)據(jù)及語(yǔ)音數(shù)據(jù)雖占用較大，但是一般浮動(dòng)較小，而系統(tǒng)常規(guī)應(yīng)用數(shù)據(jù)占用很小，因此在設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)需注意LOG接口數(shù)據(jù)及第三方下載數(shù)據(jù)，避免系統(tǒng)存儲(chǔ)空間不足，影響系統(tǒng)運(yùn)行。

4.2 存儲(chǔ)內(nèi)存優(yōu)化

對(duì)于功能模塊LOG接口數(shù)據(jù)，可從軟件架構(gòu)上對(duì)打印權(quán)限進(jìn)行限制，當(dāng)某個(gè)功能模塊需要開發(fā)調(diào)試時(shí)，需申請(qǐng)權(quán)限，同時(shí)主程序?qū)?nèi)存狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，通過浮動(dòng)窗口實(shí)時(shí)顯示內(nèi)存狀態(tài)，在內(nèi)存使用超出閾值時(shí)通過彈窗進(jìn)行報(bào)警。

第三方應(yīng)用目前在車載多媒體中應(yīng)用越來(lái)越多，大部分都沒有對(duì)用戶下載進(jìn)行限制，采取的優(yōu)化方式有兩種：①參照手機(jī)，當(dāng)下載數(shù)據(jù)超過內(nèi)存閾值時(shí)，系統(tǒng)彈窗提醒清理內(nèi)存，并顯示每個(gè)應(yīng)用下載占用狀態(tài)；②第三方軟件自優(yōu)化，以酷我APP為例，當(dāng)用戶下載的曲目數(shù)量達(dá)到設(shè)定量 （100首）或內(nèi)存使用超過閾值時(shí)，再次下載時(shí)默認(rèn)滾動(dòng)覆蓋最早下載的曲目。

5 結(jié)束語(yǔ)

影響中控多媒體系統(tǒng)的因素有很多，文章選取CPU、運(yùn)行內(nèi)存、存儲(chǔ)內(nèi)存3個(gè)點(diǎn)展開分析，結(jié)合某OEM在開發(fā)車載多媒體系統(tǒng)時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出信息娛樂系統(tǒng)優(yōu)化的一些可行方案，提升了產(chǎn)品用戶體驗(yàn)，也為后繼工程師在產(chǎn)品開發(fā)時(shí)提供參考。