一種手機(jī)與智能座艙視頻交互的硬件設(shè)計(jì)方案

【摘" 要】在萬物互聯(lián)的時(shí)代背景下，汽車與手機(jī)的聯(lián)動(dòng)愈發(fā)迫切且重要。目前，聲音交互模式已發(fā)展成熟，在乘用車市場得到了廣泛應(yīng)用，然而視頻與畫面的交互方式卻成了近年來影響客戶智能座艙體驗(yàn)的關(guān)鍵痛點(diǎn)?；诖耍恼乱罁?jù)用戶場景，提出一種針對(duì)手機(jī)到智能座艙視頻交互功能的核心板硬件設(shè)計(jì)方案。該方案以SUNPLUS SPHE8368-U芯片以及藍(lán)牙/無線模組為核心組件，能夠?qū)崿F(xiàn)接收并處理手機(jī)視頻數(shù)據(jù)，隨后將其傳輸至由底板驅(qū)動(dòng)的座艙屏幕，最終達(dá)成手機(jī)到座艙屏投屏的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為提升智能座艙用戶體驗(yàn)開拓了新途徑。

【關(guān)鍵詞】智能座艙；手機(jī)；視頻交互；核心板

中圖分類號(hào)：U463.675" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（2025）02-0006-03

A Hardware Design Scheme for Video Interaction Between Mobile Phones and Intelligent Cockpits

LI Jianhai

（Dalian ZEWIN Technology Co.，Ltd.，Dalian 116000，China）

【Abstract】In the era of the Internet of everything，the linkage between cars and mobile phones has become urgent and indispensable. At present，the sound interaction mode has matured and has been widely used in the passenger car market，and the interaction between video and screen has become a key pain point that customers need to solve in terms of intelligent cockpit experience in recent years. According to the user scenario，this paper proposes a core board hardware design to realize video interaction function from mobile phone to smart cabin. Equipped with two core components，SUNPLUS SPHE8368-U chip and Bluetooth/wireless module，the video data of mobile phone can be received and processed，and transmitted to the cockpit screen driven by the bottom plate. Finally，the system design of projecting screen from mobile phone to cockpit screen is realized. To improve the user experience of the intelligent cabin，open up a new path and method.

【Key words】intelligent cockpit；cell phone；video interaction；core plate

0" 前言

隨著汽車新四化的深入發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)智能座艙的期望不斷攀升。整車車企與供應(yīng)商也在持續(xù)推出新穎功能和先進(jìn)技術(shù)。智能座艙域控制器在車載娛樂系統(tǒng)（IVI）基礎(chǔ)上，整合多個(gè)獨(dú)立控制單元。伴隨圖形處理半導(dǎo)體性能提升與HMI交互技術(shù)的發(fā)展，智能座艙的視頻交互功能成為必然趨勢(shì)。本文將介紹一種手機(jī)與智能座艙視頻交互的硬件系統(tǒng)架構(gòu)與設(shè)計(jì)方案，核心功能是實(shí)現(xiàn)手機(jī)視頻及畫面內(nèi)容投屏至座艙中控屏。

1" 手機(jī)與智能座艙的硬件交互架構(gòu)

本硬件方案在傳統(tǒng)智能座艙域控制器基礎(chǔ)上，搭載一塊手機(jī)視頻交互核心板。該核心板配備一顆專門處理手機(jī)數(shù)據(jù)的SOC，與智能座艙底板SOC構(gòu)成雙SOC架構(gòu)。核心板通過藍(lán)牙/無線方式接收視頻/畫面數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸給座艙底板，再由底板連接的中控屏實(shí)時(shí)顯示手機(jī)內(nèi)容。

手機(jī)與座艙視頻交互適用于多種用戶場景。首先，導(dǎo)航和娛樂是主要應(yīng)用場景。通過車機(jī)與手機(jī)連接，用戶能在車載屏幕上直接操作手機(jī)應(yīng)用，如用手機(jī)地圖導(dǎo)航或觀看視頻，顯著提升便捷性與安全性。

其次，辦公和生產(chǎn)力工具也是重要場景。用戶在停車場或休息區(qū)泊車時(shí)，可在車載屏幕上處理工作郵件、瀏覽文檔、使用辦公軟件等，提高工作效率與座艙屏幕利用率。

此外，安全輔助功能不可或缺。車機(jī)與手機(jī)連接可實(shí)現(xiàn)更多安全功能，如利用手機(jī)攝像頭進(jìn)行盲區(qū)監(jiān)測、借助手機(jī)GPS地圖精準(zhǔn)定位等，增強(qiáng)行車安全性。?

2" 系統(tǒng)功能概述

搭載手機(jī)視頻交互核心板的座艙系統(tǒng)具有以下主要功能。

1）屏幕鏡像：可以將手機(jī)屏幕實(shí)時(shí)投屏到智能座艙顯示屏上，支持iOS和Android等主流手機(jī)系統(tǒng)提供高清畫質(zhì)和流暢的視覺體驗(yàn)。

2）應(yīng)用控制：可以在智能座艙屏幕上直接操控手機(jī)上的應(yīng)用程序，支持導(dǎo)航、音樂、視頻等常用應(yīng)用，提供大屏幕的操控便利性。

3）核心板主要資源如下：SOC為SUNPLUS 8368U，系統(tǒng)軟件為Linux；具備無線通信功能，藍(lán)牙V4.2/5.3，WIFI 2.4GHz/5GHz；支持2路USB2.0；支持2路音頻DAC通道模擬輸出，可當(dāng)作一組雙聲道模擬音頻輸出；支持1路MIC音頻輸入專用，通道最大可以提供40dB模擬增益；支持二選一的模擬CVBS輸入；適當(dāng)引出I2C與GPIO功能。

3" 硬件方案

硬件方案示意如圖1所示。本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基于SUNPLUS SPHE8368-U的車載信息娛樂應(yīng)用核心板，整板裝載V2.0無線+藍(lán)牙模組，并通過插針連接方式引出音頻、攝像頭、麥克風(fēng)、USB等接口。這種核心板設(shè)計(jì)使功能可移植，用戶二次開發(fā)時(shí)僅需關(guān)注上層應(yīng)用，降低開發(fā)難度與時(shí)間成本，便于快速進(jìn)行產(chǎn)品方案評(píng)估與技術(shù)預(yù)研。

SUNPLUS SPHE8368-U（簡稱8368U）是一款基于ARM Cortex-A7的高度集成的車載信息娛樂應(yīng)用芯片系統(tǒng)。8368U支持USB光驅(qū)和AV數(shù)據(jù)處理后端，可以支持DVD和CD播放。其特點(diǎn)是MPEG1 /MPEG2/MPEG4-SP/H.264視頻解碼器，可以解碼全高清視頻流。SPHE8368-U SIP集成了1Gb的DDR2，采用先進(jìn)的硅工藝，提供更高的CPU性能和更多的DRAM帶寬。此SOC還包括一個(gè)強(qiáng)大的音頻數(shù)字信號(hào)處理器，可以完全支持各種聲音效果。SPHE8368-U憑借其先進(jìn)的技術(shù)和豐富的功能，已成為下一代具有成本效益的車載信息娛樂系統(tǒng)的核心。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一在于以手機(jī)視頻交互功能為核心，充分考慮用戶應(yīng)用場景，結(jié)合兩顆SOC的硬件資源，梳理劃分核心板的功能責(zé)任。

3.1" 手機(jī)交互部分

手機(jī)與座艙的交互通過藍(lán)牙/無線模組實(shí)現(xiàn)。該模組高度集成藍(lán)牙控制器、多種數(shù)據(jù)接口、WLAN基帶和射頻芯片，能滿足高吞吐量數(shù)據(jù)流，尤其適用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備場景。

對(duì)于模組與8368U的通信，藍(lán)牙語音交互通過模組PCM傳輸至8368U，藍(lán)牙數(shù)據(jù)通過UART接口傳輸，無線數(shù)據(jù)通過SDIO接口傳輸。對(duì)于模組與移動(dòng)設(shè)備的通信，設(shè)計(jì)時(shí)建議藍(lán)牙與WiFi使用獨(dú)立外置天線，避免共用天線產(chǎn)生同頻干擾。

1）WiFi聯(lián)網(wǎng)的信息交互。在AP模式下，車內(nèi)人員視角中，智能座艙作為Wifi熱點(diǎn)，由車內(nèi)移動(dòng)設(shè)備連接智能座艙實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)。從產(chǎn)品視角看，是無線模組分配IP地址，并提供DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議服務(wù)器）和DNS（域名服務(wù)器）服務(wù)，實(shí)現(xiàn)核心板獲取手機(jī)屏幕內(nèi)容，再通過USB傳輸?shù)阶摰装澹罱K投屏到座艙屏。在STA模式下，車內(nèi)人員視角里，智能座艙作為WiFi終端，由智能座艙連接移動(dòng)設(shè)備，進(jìn)而訪問互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)汽車屏幕操作的上網(wǎng)服務(wù)。WiFi連接可實(shí)現(xiàn)更高速率數(shù)據(jù)傳輸，讓用戶在車內(nèi)享受更流暢的在線服務(wù)。

2）兩顆SOC WiFi連接的狀態(tài)交互。8368U將WiFi連接信息上報(bào)給IMX.8，并將IMX.8界面的回控命令傳遞給WiFi交互模塊。

3.2" 手機(jī)與座艙的視頻流傳輸

視頻數(shù)據(jù)通過USB由核心板傳輸至智能座艙底板IMX.8，采用NCM模式實(shí)現(xiàn)視頻流從8368U的封裝模塊單向交互至座艙底板IMX.8的解封裝模塊。其中，編碼模塊可通過CarLife App實(shí)現(xiàn)圖像編碼，核心板通過實(shí)時(shí)傳送協(xié)議傳輸視頻碼流，座艙底板接收視頻碼流后，由視頻處理單元解碼成顯示數(shù)據(jù)，將手機(jī)屏幕內(nèi)容投射到座艙屏上。CarLife生態(tài)兼容性廣泛，產(chǎn)品可支持iOS和Android兩大操作系統(tǒng)，同時(shí)支持眾多第三方應(yīng)用，對(duì)國產(chǎn)硬件產(chǎn)品更具便利性。

為簡化SOUCE切換的邏輯復(fù)雜性，壓縮核心板獨(dú)立承擔(dān)的多媒體功能啟動(dòng)時(shí)間，在USB NCM通信模式中，采用核心板8368U做HOST，底板IMX.8做OTG Device的方式。

3.3" 手機(jī)與座艙的音頻混音設(shè)計(jì)

1）手機(jī)視頻聲音接入涉及座艙底板IMX.8相關(guān)APP聲音與8368U投屏視頻聲音的響應(yīng)與混合方案。

2）手機(jī)視頻聲音通過藍(lán)牙模組輸入至8368U，經(jīng)內(nèi)置DSP模塊處理后，由內(nèi)置Audio DAC模擬輸出通道輸出聲音，作為座艙揚(yáng)聲器音源之一。另一路音源為底板IMX.8所應(yīng)用APP的聲音，將兩路模擬音頻輸出接入具有混音功能的芯片，最終輸出一路疊加處理后的音頻。

3）可根據(jù)用戶使用場景，在應(yīng)用層程序中通過混音芯片獨(dú)立調(diào)節(jié)兩路聲音的音量，以捕獲音頻焦點(diǎn)。

3.4" 電源設(shè)計(jì)

核心板采用兩級(jí)電源結(jié)構(gòu)，通過接插件由底板提供5V供電。第1級(jí)采用DCDC同步降壓轉(zhuǎn)換器，將外部5V直流電源降至3.3V，再由其他2級(jí)電源芯片將3.3V進(jìn)一步輸出為DDR2 Power 1.8V、Core Power 1.15V、PHY Power 3.3V。各電源需滿足系統(tǒng)電壓范圍要求和SOC上電、掉電時(shí)序要求。

3.5" 系統(tǒng)升級(jí)功能

雖然手機(jī)視頻交互核心板功能相對(duì)固定，但考慮后期性能優(yōu)化，需預(yù)留用戶升級(jí)的硬件方式。一種是IMX.8向8368U傳輸軟件升級(jí)包，但軟件方式并非絕對(duì)可靠，一旦通信傳輸?shù)陌l(fā)送或接收模塊出現(xiàn)問題，就會(huì)導(dǎo)致升級(jí)失敗。本文推薦另一種硬件方式。

核心板對(duì)外預(yù)留2路USB通道：USB0在底板接TYPE A母座，用于燒寫程序、升級(jí)及為外部設(shè)備預(yù)留；USB1通過接插件/連接器連接到IMX8板，用于雙SOC通信。對(duì)于8368U，用戶升級(jí)具備獨(dú)立軟件升級(jí)功能，可將拷貝有升級(jí)Bin文件的U盤插入底板母座，配合用戶界面Set Up Menu升級(jí)選項(xiàng)按鈕操作，點(diǎn)擊后即可通過USB對(duì)核心板進(jìn)行獨(dú)立升級(jí)。程序燒寫完成后，完成狀態(tài)通過GPIO2通知底板MCU。

4" PCB方案

本產(chǎn)品以核心板形式搭載在座艙底板上，在確保具備必要功能資源的前提下，成品外形需小巧精致，便于安裝和底板用戶應(yīng)用設(shè)計(jì)。這帶來PCB空間受限、布局緊湊的難題，同時(shí)要保證內(nèi)部高速信號(hào)及射頻信號(hào)通暢，需對(duì)Layout進(jìn)行充分規(guī)劃。

首先，為確保核心板尺寸小巧，根據(jù)核心板功能職責(zé)及信號(hào)完整性，劃分出留在核心板上的必要電路，其余外圍電路可考慮布置在底板。除8368U與藍(lán)牙/WiFi模組核心部分外，梳理出核心板的必要電路：①8368U運(yùn)行所需電源電路；②存儲(chǔ)器Flash芯片；③初始化與刷寫程序所需的上電復(fù)位芯片；④藍(lán)牙/WiFi模組電源電路（考慮電源完整性與上電時(shí)序，采用獨(dú)立電源）。

其次，考慮PCB的空間結(jié)構(gòu)規(guī)劃，規(guī)劃TOP面為芯片面，BOT面為插件面。芯片面主要布置8368U、Flash、藍(lán)牙/無線模組及其天線同軸連接器底座；插件面因插針有一定高度，與底板裝配組裝后高度空間相對(duì)充足，故布置包含電感的電源模塊等。

最后，考慮固定器件與裝配工序，為節(jié)省核心板元器件布局空間，采用貼片式接插件?？紤]座艙底板裝配精度，核心板貼裝插針，底板貼裝排母。為確保安裝后的穩(wěn)定性，在核心板四角預(yù)留貼片螺母孔。先確定貼片插針的規(guī)格型號(hào)，計(jì)算出與底座裝配后的高度，再據(jù)此高度選型底板的支撐螺柱型號(hào)，同時(shí)注意下方元器件的高度控制。核心板3D模型示意圖如圖2所示。

5" 結(jié)束語

本文圍繞手機(jī)與智能座艙視頻交互展開研究，詳細(xì)闡述了相關(guān)硬件系統(tǒng)架構(gòu)與設(shè)計(jì)方案。在汽車新四化浪潮推動(dòng)下，智能座艙視頻交互成為必然趨勢(shì)。通過構(gòu)建雙SOC架構(gòu)的硬件交互體系，借助藍(lán)牙/無線模組實(shí)現(xiàn)手機(jī)與座艙多場景下的視頻、音頻交互。從系統(tǒng)功能上，實(shí)現(xiàn)屏幕鏡像與應(yīng)用控制，為用戶帶來便捷體驗(yàn)。硬件方案中，核心板基于SUNPLUS SPHE8368-U設(shè)計(jì)，在手機(jī)交互、視頻流傳輸、音頻混音、電源設(shè)計(jì)及系統(tǒng)升級(jí)等方面均有獨(dú)特設(shè)計(jì)。PCB方案則針對(duì)核心板尺寸、布局與裝配進(jìn)行優(yōu)化，解決了空間受限等難題。此設(shè)計(jì)方案充分考量用戶需求與使用場景，有效解決視頻交互中的關(guān)鍵問題，為智能座艙技術(shù)發(fā)展提供了切實(shí)可行的路徑，有望大幅提升用戶體驗(yàn)，推動(dòng)汽車智能化發(fā)展邁向新高度。

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（編輯" 凌" 波）

收稿日期：2024-10-19

作者簡介：李建海，男，助理工程師，主要從事動(dòng)力總成電控系統(tǒng)、智能座艙等相關(guān)工作。