警務(wù)安全主機(jī)與新能源汽車車載中控系統(tǒng)的對(duì)接

王曉明 曹高波

（1、深圳市海鄰科信息技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518000 2、深圳市比亞迪汽車股份有限公司，廣東 深圳 518000）

1 概述

隨著國(guó)家新能源汽車戰(zhàn)略的持續(xù)實(shí)施，市面上的新能源汽車越來越多，政府公務(wù)用車也在批量換裝新能源汽車了，公安警車也在順應(yīng)這個(gè)趨勢(shì)。傳統(tǒng)警車僅僅作為一個(gè)簡(jiǎn)單的代步工具，現(xiàn)代智慧警務(wù)工作需要，公安部門需要將警車升級(jí)改造成“移動(dòng)警務(wù)室”。但是目前的新能源汽車都是直接接入到普通互聯(lián)網(wǎng)，跟汽車生產(chǎn)廠家的后臺(tái)相連通，無法滿足公安部門對(duì)信息安全保密管控的要求，這就需要在新能源汽車中控之外再增加一套警務(wù)安全主機(jī)，來實(shí)現(xiàn)接處警等應(yīng)用，如何將這套警務(wù)安全主機(jī)安裝對(duì)接到新能源汽車上成為了一個(gè)課題。

本文所涉及的技術(shù)難題是如何將警務(wù)安全主機(jī)全功能、安全地投屏到新能源汽車中控系統(tǒng)，通過我們的研究，提出了分別對(duì)接顯示、觸控和聲音的技術(shù)解決方案，成功實(shí)現(xiàn)了警務(wù)安全主機(jī)與新能源汽車車載中控系統(tǒng)的安全融合對(duì)接。

2 需求分析

傳統(tǒng)警車一般可以采取替換中控的方式來進(jìn)行智能化升級(jí)改造，但是現(xiàn)在的新能源汽車，普遍采取了體驗(yàn)非常好的大尺寸中控顯示屏，而且顯示屏和主機(jī)分離，如果再在汽車大屏之外安裝一套顯示屏幕，往往找不到合適的位置，要么影響安全氣囊，要么體驗(yàn)非常不好，導(dǎo)致傳統(tǒng)的升級(jí)改造方案已經(jīng)不適合新能源汽車了，市場(chǎng)亟需一種方案能將警務(wù)安全主機(jī)對(duì)接到新能源車機(jī)的方法。

理論上蘋果的Carplay 和百度的Carlife 都可以用一根USB 數(shù)據(jù)線或者WIFI 藍(lán)牙等無線形式將警務(wù)安全主機(jī)和新能源車機(jī)連接起來，但是Carplay 和Carlife 處于蘋果和百度的絕對(duì)掌控之中，開放程度非常有限，往往只能將有限的幾個(gè)應(yīng)用投屏到車機(jī)屏幕上，而且這幾個(gè)應(yīng)用必須要在蘋果和百度的白名單之中，獨(dú)立開發(fā)的應(yīng)用就無法投屏，而警務(wù)安全主機(jī)必須運(yùn)行獨(dú)立的APP，這就導(dǎo)致無法通過Carplay 或Carlife 將警務(wù)安全主機(jī)投屏到新能源汽車屏幕上來使用。

通過深入研究，本論文提供了一種將警務(wù)安全主機(jī)對(duì)接到新能源汽車的方法。

（考慮到新能源汽車市占率等因素，本文作者選擇了比亞迪2020 款宋Pro 這款車型來進(jìn)行研究。）

3 具體實(shí)現(xiàn)方法

作者仔細(xì)梳理了警務(wù)安全主機(jī)和新能源汽車車機(jī)的對(duì)接需求，發(fā)現(xiàn)一共有顯示、觸摸和警情聲音等3 個(gè)部分需要對(duì)接實(shí)現(xiàn)，即將警務(wù)安全主機(jī)的畫面通過新能源汽車車機(jī)中控大屏顯示出來，同時(shí)通過中控觸摸屏反向控制警務(wù)安全主機(jī)，并將后臺(tái)推送的警情聲音通過AUX通道接入到汽車車機(jī)，從車身喇叭播放出來。由于只是視頻信號(hào)、觸摸信號(hào)和聲音的轉(zhuǎn)換和傳輸，不涉及到主機(jī)用戶數(shù)據(jù)的對(duì)接和轉(zhuǎn)發(fā)，所以整體方案安全可控。

3.1 顯示

警務(wù)安全主機(jī)有LVDS 和HDMI 兩種顯示輸出接口，但是這兩種接口在新能源汽車車機(jī)上一般都沒有預(yù)留，不過新能源車機(jī)上都有預(yù)留360 度全景攝像頭和車內(nèi)攝像頭接口，是基于德州儀器的FPD-Link 方案來設(shè)計(jì)的，經(jīng)過仔細(xì)評(píng)估，警務(wù)安全主機(jī)的顯示輸出信號(hào)通過兩次信號(hào)轉(zhuǎn)換，就可以接入到汽車的車內(nèi)攝像頭接口，圖1 是原理性框圖。

圖1

警務(wù)安全主機(jī)輸出的LVDS 信號(hào)通過龍訊LT9211芯片轉(zhuǎn)換成MIPI CSI 信號(hào)，然后通過德州儀器的DS90UB935-Q1 芯片將MIPI-CSI 信號(hào)串行轉(zhuǎn)換成單芯同軸信號(hào)，并輸出給汽車車內(nèi)的攝像頭接口,汽車車機(jī)通過攝像頭接口即可獲取警務(wù)安全主機(jī)的顯示畫面。

軟件部分需要開發(fā)一款A(yù)PP，運(yùn)行在車機(jī)安卓系統(tǒng)里，由APP 去調(diào)用車身攝像頭接口，進(jìn)而獲取到警務(wù)安全主機(jī)系統(tǒng)的顯示畫面，此APP 開機(jī)后自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行，省去了每次需要人工去點(diǎn)擊操作。另外警務(wù)安全主機(jī)輸出畫面是1280*720 分辨率，而汽車車機(jī)屏幕是1920*1080 分辨率，所以警務(wù)安全主機(jī)的顯示畫面在汽車車機(jī)上顯示需要APP 來做3：4 的等比例拉伸動(dòng)作。

接下來分別對(duì)上述框圖中關(guān)鍵的兩顆芯片做一些簡(jiǎn)單介紹：

3.1.1 LT9211 是一顆顯示接口轉(zhuǎn)換IC，由龍訊半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和銷售。龍訊半導(dǎo)體是一家專注于高速信號(hào)傳輸、視頻處理、新型顯示驅(qū)動(dòng)芯片研發(fā)和銷售的國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體公司，其產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于個(gè)人電腦、消費(fèi)電子及其周邊設(shè)備，包括筆記本電腦、高清電視、智能手機(jī)、車載設(shè)備、智能監(jiān)控等。其具有豐富的輸入和輸出接口形態(tài)。LT9211 可以通過I2C 接口去配置內(nèi)部寄存器，以選擇輸入和輸出信號(hào)的規(guī)格，本次我們使用的是將單通道的LVDS 信號(hào)轉(zhuǎn)換成YUV422 格式的MIPI-CSI 信號(hào)，輸出給DS90UB935-Q1 芯片，LT9211 芯片具有以下特點(diǎn)：（1）豐富的輸入和輸出選擇，可以是MIPI/TTL/LVDS 中 的 任 意 一 種；（2） 其 中MIPI 支 持MIPI-DSI 和MIPI CSI-2 兩 種 協(xié) 議；（3） 支 持 高 達(dá)1920*1200/60Hz 或者像素時(shí)鐘小于200MHz 的圖像分辨率；（4）為了方便實(shí)際的布線，信號(hào)P/N 可以交換，差分對(duì)之間可以交換；（5）工業(yè)級(jí)工作溫度范圍：-40℃～+85℃

3.1.2 DS90UB935-Q1 是德州儀器FPD-Link Ⅲ設(shè)備家族的一顆芯片，德州儀器是模擬芯片業(yè)界的鼻祖，旗下產(chǎn)品種類非常齊全，涵蓋了模擬、嵌入式處理以及無線技術(shù)等方面，廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信、娛樂、醫(yī)療服務(wù)、汽車系統(tǒng)等領(lǐng)域。DS90UB935-Q1 支持將傳感器（包括攝像頭、衛(wèi)星雷達(dá)、激光雷達(dá)等）原始數(shù)據(jù)串行轉(zhuǎn)換后，通過同軸電纜進(jìn)行高速傳輸。它具有以下特性：（1）滿足AEC-Q100 車規(guī)級(jí)認(rèn)證，工作溫度范圍從-40℃到105℃；（2）傳輸速率高達(dá)3Gbps；（3）支持MIPI DSI 和MIPI CSI-2 兩種輸入接口；（4）支持單端同軸電纜和帶屏蔽的雙絞線兩種物理傳輸介質(zhì)；（5）支持通過同軸電纜同時(shí)傳輸信號(hào)和電源；（6）低至0.25W 的功耗。

3.2 觸摸

之前作者有基于串口協(xié)議實(shí)現(xiàn)過車機(jī)系統(tǒng)之間的反向觸控操作，并申請(qǐng)了相關(guān)發(fā)明專利，但是本次選取的汽車車機(jī)上并沒有預(yù)留外部串口接口，不過汽車上有最常用的CAN 通信接口，基于此，作者規(guī)劃用CAN 總線來實(shí)現(xiàn)觸摸操作，最終也取得了圓滿成功，原理框圖見圖2。

圖2

在警務(wù)安全主機(jī)的顯示畫面上，用戶點(diǎn)擊屏幕，汽車車機(jī)系統(tǒng)偵測(cè)到觸摸事件，就把觸摸事件（包含點(diǎn)擊事件和坐標(biāo)信息等）通過CAN 總線傳遞給警務(wù)安全主機(jī)；在警務(wù)安全主機(jī)端，CAN 信息經(jīng)過CAN 收發(fā)器傳遞給一個(gè)MCU 來解析CAN 協(xié)議，最終輸出串口信息給到SOC 的UART 端口，UART 端口再將觸摸事件上報(bào)給系統(tǒng)，系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的操作，在汽車車機(jī)屏幕上就能看到對(duì)應(yīng)的觸摸動(dòng)作。

3.2.1 CAN 接口簡(jiǎn)介

CAN 是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network,CAN)的簡(jiǎn)稱，是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH 公司開發(fā)的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。它具有數(shù)據(jù)傳輸速率高（相對(duì)，1Mb/s）、抗干擾能力強(qiáng)（差分?jǐn)?shù)據(jù)線）、具有自我診斷能力（錯(cuò)誤偵測(cè)）等優(yōu)勢(shì)。

3.2.2 本文作者一起制定實(shí)現(xiàn)觸摸功能的CAN 通訊報(bào)文格式。（1）汽車車機(jī)端設(shè)定他們發(fā)送端的CAN ID 是0x4C1，也就是說警務(wù)安全主機(jī)接收端只需要過濾處理0x4C1 地址發(fā)過來的報(bào)文，其他地址發(fā)出的報(bào)文一律忽略；（2）設(shè)定雙方通信的速率：采用汽車車機(jī)上低速CAN通信的125KHz 波特率；（3）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文協(xié)議是8 個(gè)字節(jié), 如何用這有限的8 個(gè)字節(jié)可靠地傳輸觸摸動(dòng)作和坐標(biāo)信息呢？表1 是擬定的報(bào)文協(xié)議的具體格式。

表1

關(guān)于上述格式的說明如下：幀頭0x0D 和0xAA，表明該條報(bào)文是觸摸相關(guān)信息，如果是其他幀頭的，說明是誤碼，則忽略；nn：觸摸事件（0：手指抬起；1：手指移動(dòng)；2：手指按下）；xx：觸摸x 坐標(biāo)，2 字節(jié)，字節(jié)4～字節(jié)5，高位在字節(jié)4，低位在字節(jié)5；yy：觸摸y 坐標(biāo)，2 字節(jié)，字節(jié)6～字節(jié)7，高位在字節(jié)6，低位在字節(jié)7；校驗(yàn)值：基于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的擔(dān)憂，特加入一個(gè)校驗(yàn)值，用于對(duì)前面7個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，字節(jié)8= ～（字節(jié)3+字節(jié)4+字節(jié)5+字節(jié)6+字節(jié)7）+1 （取反再加1）。

3.2.3 下面是CAN 傳輸觸摸協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)步驟：（1）汽車車機(jī)屏幕分辨率是1920*1080，警務(wù)安全主機(jī)系統(tǒng)分辨率是1280*720，所以汽車車機(jī)這邊在收到坐標(biāo)信息后，X/Y 坐標(biāo)分別做3/4 等比例縮小并取整操作；（2）將上述坐標(biāo)信息通過串口傳遞給負(fù)責(zé)CAN 協(xié)議解析的MCU；（3）MCU 將上述坐標(biāo)信息依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的CAN 報(bào)文協(xié)議封裝，并發(fā)送到汽車CAN 總線上；（4）警務(wù)安全主機(jī)端MCU 實(shí)時(shí)監(jiān)聽CAN 總線，只要有ID 為0x4C1 的報(bào)文就解析出來，轉(zhuǎn)換成串口信息，發(fā)送給主機(jī)串口；（5）安卓Framework 層根據(jù)收到的串口坐標(biāo)信息，模擬出觸摸點(diǎn)擊或者滑動(dòng)的效果。

3.3 聲音

聲音接入可以分為兩部分：一是將警務(wù)安全主機(jī)的聲音接入到汽車車機(jī)的車載影音系統(tǒng)，二是當(dāng)汽車車機(jī)在播放音樂或者其他娛樂聲音時(shí)，警務(wù)安全主機(jī)收到突發(fā)警情聲音提醒時(shí)，要實(shí)現(xiàn)插播功能，即壓低或者暫停汽車車機(jī)娛樂信息聲音，優(yōu)先播放警務(wù)安全主機(jī)的警情聲音，播放結(jié)束后再切回到汽車車機(jī)娛樂信息聲音。

3.3.1 將警務(wù)安全主機(jī)的聲音接入到汽車車機(jī)的車載影音系統(tǒng)

原本最簡(jiǎn)單的做法是通過藍(lán)牙連接將聲音接入到汽車車機(jī)，但是警務(wù)安全主機(jī)出于安全考慮，完全屏蔽了WIFI 和藍(lán)牙等無線通信，通過交流對(duì)接，發(fā)現(xiàn)可以通過有線的形式將警務(wù)安全主機(jī)的聲音通過AUX 聲音通道接入到汽車車載影音系統(tǒng)。

但是模擬聲音信號(hào)幅度小，非常容易被干擾，本項(xiàng)目采取了多芯同軸屏蔽線的方式，來克服信號(hào)傳輸過程的干擾；另外還克服了警務(wù)主機(jī)和汽車車機(jī)不等地的情況，圓滿解決了喇叭中的嚴(yán)重底噪問題。

3.3.2 警情聲音插播功能

由于汽車車機(jī)不知道警務(wù)主機(jī)即將有聲音要播放的，所以需要警務(wù)主機(jī)這邊主動(dòng)通知汽車車機(jī)，最可靠的當(dāng)然還是利用CAN 總線了，上面觸摸功能是汽車車機(jī)發(fā)報(bào)文，警務(wù)主機(jī)解析報(bào)文，本次聲音插播功能則需要警務(wù)安全主機(jī)發(fā)報(bào)文，汽車車機(jī)解析報(bào)文。（1）給警務(wù)安全主機(jī)分配0x33A 的ID；（2）定義了如圖3 所示的CAN報(bào)文協(xié)議，用于聲音切換：（3）當(dāng)有警情聲音要播報(bào)時(shí)，警務(wù)安全主機(jī)向0x33A 的地址發(fā)送0x01 的信息，通知汽車車機(jī)將聲音通道切換到AUX 音源，壓低系統(tǒng)聲音；當(dāng)警情聲音播報(bào)結(jié)束時(shí)，警務(wù)安全主機(jī)向0x33A 的地址發(fā)送0x00 的信息，通知汽車車機(jī)將音源切回到正常的多媒體音源。

圖3

4 結(jié)論

本文經(jīng)過研究開發(fā)，成功將警務(wù)安全主機(jī)和新能源汽車車機(jī)完美融合對(duì)接，研制出了樣機(jī)，初步通過了市場(chǎng)檢驗(yàn)，符合客戶需求。解決了將警務(wù)安全主機(jī)全功能、安全地投屏到新能源汽車中控系統(tǒng)的技術(shù)難題，為當(dāng)下普通警務(wù)車輛升級(jí)成智慧移動(dòng)警務(wù)車提供重要參考，也為我國(guó)智慧警務(wù)事業(yè)的發(fā)展做出了力所能及的貢獻(xiàn)。