据美国交通部统计,全世界的人们每周花在乘汽车上班、购物、接送子女上学以及其他必要日常事务上的时间超过5亿小时。既然有如此多的时间在车上度过,人们正在寻求各种手段以便在汽车上娱乐、与家人朋友交谈以及完成那些通常在办公室、车间及家里完成的工作。在乘汽车的同时能够连网是很多人的梦想。
按时抵达目的地同时又享受旅程快乐虽然重要,但确保安全更加重要。驾驶员在手握方向盘的同时必须注视道路以确保安全。那么如何保证驾驶员在连网的同时又能够安全地驾驶呢？
根据与菲亚特汽车公司联合定义的参考设计,微软汽车事业部与Xilinx、三星、ScanSoft、西门子、SiRF和 Magneti Marelli公司共同合作开发了一种可行的解决方案。每家公司都分别负责该系统的一些关键部分,包括芯片组、处理器、通信模块、语音处理引擎和硬件开发等。
微软的远程信息处理平台可提供:
( 先进的高质量语音识别与合成技术；
( 按需提供的Web服务:避免交通堵塞、获取最新的新闻或通过MSN Auto来寻找价格最低及距离最近的加油站；
( 定制导航:查找感兴趣的地方或通过GPS随时得到准确的方向指示；
( PDA/蜂窝电话集成:蓝牙技术可将驾驶员的蜂窝电话与PDA无线地连接到汽车电子系统上,允许驾驶员用语音命令来拨打和接听电话、获得会议提示以及通过汽车音频系统来听取重要的数据；
( 远程诊断:检查车辆的安全状况,在问题发生前向驾驶员发出警告并进行及时维护,从而提高汽车使用寿命内的发动机性能。
灵活的可扩展平台
传统的汽车设计理念是根据OEM或汽车制造商定义的需求来开发非常专业、定制但缺乏灵活性的产品解决方案。通信与信息娱乐的需求迫使汽车行业重新考虑将产品与系统设计成一种典型的“连网汽车”。
来自消费行业的各种新需求变化十分快速,因为用户总是希望追赶潮流。这种情况迫切需要灵活的架构,以便既能满足当前应用的需要,又能应对未来和未知的功能需求。这种设计理念与典型汽车电子设计通常需要多年的开发周期相冲突。面向未来设计的平台必须拥有足够的预留系统资源及带宽,以适应开发周期中出现的各种变化。
与任何平台一样,灵活性与可扩展性是架构能否被采用的关键,这涉及到从基本系统直至高性能、高端的远程信息处理系统。考虑到这种要求,微软公司开发了一款真正的汽车标准远程信息处理平台,它高度可定制并可扩展,以满足最终用户的需求。该平台包括一个基于ARM 9的微控制器,支持32MB 闪存及32MB DRAM以上的存储器,内置GPS、蓝牙、GSM电话模块、控制区域网(CAN)控制器以及受保护的模拟与数字I/O(如LED驱动器和按键输入等)。
微软充分利用了现场可编程门阵列 (FPGA) 技术的灵活性与高集成度。在该平台内使用FPGA来执行多项独立的功能,如GSM电话接口、车辆接口(CAN控制器和K-line)以及下面将要介绍的复杂音频功能与通路。FPGA为这种架构提供的高水平集成还具有将多个总线、接口及时钟集成在一块芯片上的优势,使产品设计师能更方便地管理产品设计中的电磁干扰(EMI)问题。使用FPGA的另一个显著优势是能减少元件数并因此而节省板空间。所有这些优势都可降低产品成本并提高制造质量,这都是一些对于汽车设计非常关键的因素。
在充分了解汽车开发特点及众多可用车辆接口后,微软特意设计了一种灵活的解决方案,从而允许迅速改变后端车辆接口而不会影响系统的基本架构与性能。例如,它将来可以扩展FPGA支持诸如MOST、FlexRay、D2B或IEEE-1394等汽车总线,以满足终端应用的需求。
该平台的核心是语音识别 (VR) 系统。在最终到达VR引擎进行语音处理以前,带VR的任何系统中的音频通路都由一个外部麦克风、模拟输入(偏置与滤波)、数字化和数字滤波组成。在此通路中,有害噪声可通过多种途径混入系统中。产品开发人员和系统集成人员有责任确保选择正确的麦克风位置与类型,以满足应用与环境的要求。
在理想环境中,VR引擎将接收干净及连贯的语音信号,但这绝不是汽车环境中的真实情况。考虑到车辆环境的动态特性,实现一种可接受的语音识别系统并非是件简单的事情。诸如车辆速度、车窗位置(开/关)、道路噪音与气候条件(刮风/下雨)等因素都会增加原本就已非常复杂的涉及语言、口音及性别的VR问题的难度。
这些汽车环境特有的新动态因素增加了VR引擎之前的信号预处理的重要性。该环境要求采用高度自适应数字滤波算法。微软决定通过利用FPGA的DSP并行处理能力来在硬件中实现这种信号处理功能。当然,它也可以用专用标准产品(ASSP)来实现这种预处理功能,如专用DSP芯片等,但这将失去通过对平台上其他器件进行高度集成而获得的好处。
一般地讲,通信与语音识别的组合可实现自适应和可升级的VR引擎与DSP滤波器,以满足特定用户及环境的要求,例如:语言是英语、口音是苏格兰口音、性别是女性等。
设计汽车电子产品(尤其是车载信息娱乐系统)时的一个关键考虑因素是,要预留足够的带宽来应对新的及将来未预计到的产品升级。对于这类情况,也可以采用FPGA。现在汽车OEM厂商已经清楚地认识到,经过智能化设计的灵活软件与硬件解决方案对于今后的平台来说是必需的。
现在当行驶在路上时,驾驶员可以打电话、欣赏个人喜欢的音乐并可以查询方向——所有这些都是在开车的同时进行的。通过联合通信解决方案,可方便地获得所有这些应用服务。诊断数据亦能及时地传送给厂商与经销商,以便其进行分析。
在今年晚些时候,菲亚特客户将可以购买带有新电子系统的汽车,这些系统能够提供多种层次的连接。其主要特点包括无缝集成用户自己的各种设备,如蜂窝手机、掌上电脑或Windows Mobile设备等,这些设备可利用蓝牙连接来进行对外联系、预约以及拨打免提电话等。除免提电话外,驾车者还可访问Web服务来获得导航与实时交通状况信息。
通过仪表盘上可方便连接个人电子设备的USB端口,驾驶员和乘客还可以在汽车上欣赏数字音乐。所有系统都具有高质量的语音识别功能。因此,通过汽车音频系统,不需要动手,菲亚特客户即可非常方便地拨打电话、访问联系人以及存储在用户自己PDA或手机上的其他信息,而执行所有这些行动都只需要用他们的声音。
作者:David Vornholt
战略合作经理
Xilinx公司
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