工业和信息化部主管 中国电子报社主办
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半导体

车载信息娱乐方案迈向集成化

  随着汽车用户对多媒体娱乐的需求不断增加,以及汽车电子软硬件技术的不断发展,车载娱乐系统成为汽车电子成长最快的领域,从而也成为半导体厂商追逐的热点。

  集成度不断提高是大势所趋
  飞思卡尔汽车电子业务经理康晓敦


  近年来,汽车娱乐系统取得了飞速发展。一方面,从市场需求来看,用户对多媒体娱乐的要求在逐步增高;另一方面,汽车电子软硬件技术的发展,也使得汽车娱乐系统各种各样应用的实现成为可能。相对于以前,汽车娱乐系统不仅仅局限于汽车音响这一基本功能,同时视频应用的功能增多以及性能增强也逐渐成为这一领域的热点。
  另外,各种数据存储与网络传输技术的提高,给音视频的存储与通信提供了基础平台,更加促进了汽车娱乐系统各种应用的丰富发展。典型的应用如音响系统、CD/DVD/VCD/MP3多媒体播放、电视接收、GSM/GPRS电话、摄像功能、Bluetooth无线耳机、语音识别系统、互联网、车载办公等等,使得汽车娱乐系统的内容越来越丰富。同时,汽车娱乐系统往往集成了汽车行驶信息、虚拟仪表盘、辅助倒车系统、车载导航系统,使得整个车载信息系统变得更加复杂。
  未来的通信娱乐系统直观点说,应该是将家庭用的一切都可以“搬”到汽车上,当然由于汽车的使用条件非常苛刻,用到汽车上的很多东西均要求重新设计。实际上未来的娱乐系统除了我们能想到的硬件设备(高级音响、DVD、多位置液晶显示、导航等)外,通过各种网络与汽车通信系统和控制系统连接,实现语音自动控制及诊断等功能。再就是一定要有优质的第三方服务,如通过高速无线网实现新闻、影片等的实时点播。
  根据以上要求,好的半导体器件除了不断提高集成度水平和总线速度外,具有各种各样的接口也就十分必要了。如CAN、LIN、MOST、FlexRay等网络接口,SCI、IIC、USB、硬盘接口、液晶显示器接口等,还要能与各通信系统连接。集成度不断提高应该是一个共同趋势。单独芯片会慢慢退出。
  在车载信息娱乐系统中,GPS也是很重要的一项内容。未来的GPS导航最重要的是服务,除了要不断提高GPS的定位精度外,提供实时的路况信息也十分重要。当然最终与其他技术结合而实现自动驾驶应该也是我们追求的目标。
  与其他应用相同,高集成化也是GPS领域应用的一个趋势。当然由于技术发展也不能一步到位,所以GPS接收芯片变化并不很大。但更高集成度的、结合微控制器、图像处理及各种网络接口的芯片会是大势所趋。
  从技术角度来讲,民用GPS系统已经基本没有障碍可言了,关键是服务一定要跟上,地图、交通信息、餐饮、娱乐、加油站等辅助信息对用户来讲是必需的,否则GPS的应用就会大打折扣。在中国,包括地图在内的第三方服务还比较欠缺,这是阻碍GPS发展的最大瓶颈。车载导航除了以上这些功能外(功能应该与便携式不会有太大区别),关键是可靠性和一些汽车本身的需要(如高、低温需要)。
  汽车娱乐系统是一个迅速成长的领域。一方面,用户对于车载娱乐将逐步提出更多应用和更高性能的要求;另一方面,软硬件技术的发展,特别是嵌入式微处理器在这一领域的迅速发展将使得用户的需求成为可能。微处理器性能的提高,数据存储和传输性能的增强,以及各种无线通信技术的进一步发展,相信不久的将来,汽车娱乐系统将得到更加迅猛的发展。

  导航与多媒体系统高度集成需更强大处理器
  恩智浦半导体大中华区汽车电子产品区域市场经理陈华程


现在车载信息娱乐系统更偏向多媒体音频和视频(各种不同的媒体格式)的应用,并且它们还含有连接性的功能,一般都会连接USB、SD card、蓝牙等。对于多媒体的平台来讲它需要拥有一个强大的处理器,特别是通过软件可以处理很多应用程序,用软件的方式来进行处理还可以满足不断更新的媒体标准,这样就不需再搭配很多外围的硬件。
  目前很多厂商都将以ARM为基础的MCU做在汽车娱乐系统的平台中,同时恩智浦也可提供用Trimedia方式处理更多的音视频应用。
HD Radio和DRM是通过地面AM/FM广播发射站,它们还是以模拟的方式来进行发射的,当收音机调谐器收到信号后,需用一个解码器进行数字化的解码变成数字广播。因此目前大部分的收音机的调谐器都会收到这两种并存的信号,只是需要增加一个数字化的解码器来完成数字广播。数字收音机大规模的应用从技术角度来讲没有阻碍,关键是看消费者对成本的需求和数字广播内容提供商的推广。
  芯片的趋势都是将各种应用更多地集成到单颗芯片中,从而提高集成度以达到成本控制的目的。目前技术上的提高主要体现在IC的处理能力上,特别是导航所需的复杂的3D、4D图像处理能力。
  导航产品有三种:前装、后装和便携式。现在很多PDA或高档手机都已经集成了导航系统,它可在多种不同的情况下灵活使用,不仅仅限于车载。而前装导航系统多用于高端的汽车配置,后装市场的选择性很多,可加装固定的,也可加装便携的,相对而言固定的导航系统多与其他多媒体车载娱乐系统结合在一起以增加对消费者的吸引力。相对而言前装市场的增长幅度有限,而后装市场的增长趋势很快。后装市场除了成本的优势以外,它的便携式的灵活安装可以为消费者带来更便捷的选择和升级。
  同上所述,很多车载导航系统都是与车载多媒体系统结合在一起的而不是单独的。它可以沿用车载多媒体的平台如车载CD/DVD或SD卡将电子地图导入,通过ARM9的处理器进行图像的处理。在未来,两者将结合在一起,正如我们所讲的系统的高度集成,将会有一个更强大的处理器如ARM11或Trimedia处理器。
  目前车载娱乐系统以视频和导航应用为主,随着消费者的需求越来越高,如高清显示、同时处理两个或多个节目源的图像、图像品质等,对图像处理芯片的要求也会越来越高,它需要更大功率更强功能的处理器。
  蓝牙的连接在目前车载上主要体现在手机的免提功能的连接。今后音频的串流媒体以及实时的媒体播放都可通过蓝牙连接进行传送。那么就要求提高语音的识别功能、音频的噪音消除功能等。作为USB它的连接更直接更快速。

  采用通用处理器更具优势
  ADI技术(DSP与嵌入式处理器产品)市场经理杨烨


  随着消费者对车内信息娱乐系统多样化/个性化需求不断增加,需要对各种应用进行融合,在一个统一的平台上实现,通过软硬件设计的重用,降低系统成本和复杂性,缩短产品开发上市的时间,并且方便地对系统进行功能的扩充或剪裁,以适应不同消费者的需求。
  消费者需要的各项功能,如果是各自独立的系统,采用ASIC/SoC等类型的方案,通常会比采用通用处理器的方案成本低。但实际上,随着车内娱乐系统功能的增加,车内空间的限制,采用一个通用的处理器来实现所有的功能,就显得更有竞争优势了。这是由于车内视频音频的输出一般只会有一个(后座娱乐系统除外),为了使各功能互不干扰,在某一时刻很少会同时使用两种以上的功能,例如在看DVD时就不太会开启导航系统(因为会共享同一个LCD显示器和音频输出),这时如果采用一片DVD解码芯片另外再采用一片CPU实现导航功能,就不如采用通用芯片在不同时刻进行复用来得合算了。另外,使用通用处理器,共享系统资源(例如导航地图数据和MP3可以共享Flash Memory)可以进一步降低系统复杂度和成本,提高系统可靠性。随着系统功能的扩展,这种差距会愈发明显。
  对于车载导航系统,目前PND后装市场和OEM前装市场相比,具有较大的价格和易获取性方面的优势,面对现有的巨大的车辆保有量,PND还会在很长的时间内占据很高的市场份额。但是随着前装导航设备的成本不断下降,以及整车厂评判价值提升的内在驱动力,其与整车容为一体的特性将会显示出无可比拟的优势,如可靠性、与其他车载设备的联动、差异化功能的扩展等。例如,通过与安全气囊、车载通信系统的联动,可以在气囊打开时,自动向呼叫中心报告事故发生的时间地点以获得及时的救援;通过和车载通讯系统的联动实时下载地图和POI信息,实现基于服务器的导航,克服目前基于静态导航带来的地图不能及时更新,后期升级维护成本高等问题。另一方面,通过和MEMS器件(如加速度传感器,角速度传感器)或者车辆速度和转向系统的联接,在没有GPS卫星信号或者信号不稳定的情况下(如隧道、地下停车场、高楼林立的市中心),提供辅助的定位手段和矫正算法,也是后装导航系统所无法实现的。

  以平台架构来满足广泛需求
  意法半导体大中华区汽车电子部总监刘建宏


不论在OEM或售后市场的汽车电子需求上都快速成长的正是车载信息娱乐系统。这一部分的整合野心极大,从导航、通信、信息到影音娱乐,都将发展成为车载系统中不可或缺的一环。其中强调信息娱乐整合的系统,称为Infotainment;偏重通信导航的,则称为Telematics,不过,这四大应用其实已很难被划分开来了,甚至还会与辅助驾驶的监控系统做进一步整合。
在车载信息娱乐系统的设计上,有几个特征及发展趋势:由于需要显示的信息及影音内容繁多,因此会需要更大、画质更佳的显示屏幕;而且对应用功能及处理效能的要求不断提升,不仅要能提供多媒体显示功能,也要有清楚且动人的音效,而且具备3D地图的逼真处理能力。
在系统规划上,显示器除了需具备多画面的分割能力外,也要能提供前后座的多重显示功能;此系统必须能同时多任务处理导航、影音播放及免持听筒等多项任务,也要对外提供广泛的连接功能,如USB、蓝牙、ETC(电子收费)等接口;其中在导航能力上,除了基本的地图显示外,还会要求进一步提供邻车定位及安全性上的远距车辆辨识与判断功能,甚至要能具有失窃时的追踪保全功能。
这些要求对于电子系统的规划是不小的挑战,需要以平台性的架构来满足这么广泛的需求。以ST的NaviFlex为例,即是整合应用处理器(Nomadik)和GPS导航系统的一种平台架构作法。

  图像处理芯片减少系统成本并提高显示质量
  富士通市场部高级经理 王钰


  汽车电子领域最具吸引力且成长最快的部分为车载信息娱乐系统。现今车载信息娱乐系统主要可分为三大类:音讯系统(如CD)、视讯系统(如DVD)以及导航技术(Navigation)与车用通信系统(Telematics),通过与外部环境的连接,而形成一个多媒体中心,来整合所有信息娱乐系统。从市场成长来看,消费者对汽车信息传输系统与影音娱乐设备的强大需求是促进这一产业快速增长的重要因素。
  以DVD为基础的多声道立体环绕音效后座娱乐系统、免持无线电话、驾驶者信息系统(路况信息、交通信息)、卫星导航、高质量音讯播放系统等等逐渐被应用在车载信息娱乐系统中。具备上述这些功能的车载信息娱乐系统也成为车用电子半导体供货商竞争的新战场。2006年,按销售额来算,汽车电子安全系统、EMS以及汽车音响和多媒体系统的成长显著。今年富士通会推出应用在汽车电子安全系统的微控制器以及针对汽车多媒体和导航系统的IDB1394、图像处理控制芯片GDC,以保持富士通在这些领域中领先地位。
无论前装还是后装市场,一个显著的变化就是市场的接受程度明显提高,这就意味着,今后几年,车载导航将会成为热点。图像处理也开始被应用在车载导航系统,因此富士通的系统级图像处理芯片(MB86R01)有着良好的市场前景。此外,目前车载导航产品已经开始和其他一些车载电子设备整合在一起,如导航和汽车音响、导航和汽车仪表的结合,将极大地提高整车汽车电子设备的性价比,使得汽车能够朝着更智能化的方向发展。
当前,汽车信息娱乐系统尤其是汽车导航器件,在全球范围内的市场正在不断扩大,因此为实现进一步发展,有必要减少额外的系统成本并提高显示图像质量。富士通微电子针对新一代汽车器件开发了一种系统大规模集成电路,仅在一颗芯片中就集成了各种功能,如二维/三维图像、汽车通信控制系统、程序保护功能和各种多媒体接口。


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