汽车智能座舱多屏互动方案

随着汽车行业的高速发展，许多新型汽车都配备了多屏设计，包括仪表屏+娱乐信息屏+抬头显示屏+车辆控制屏+区域显示屏+后排屏幕设计等。一机多屏的设计承载了不同的信息分布：仪表+抬头显示屏+车辆控制屏偏向驾驶员一侧，方便驾驶员实时观看诸如ADAS、导航、电话、倒车影像等信息；娱乐信息屏+后排屏则为乘客提供了娱乐和周边信息等功能，满足了不同乘客的乘车需求，也大大提升了整车的科技感。随着多屏设计的发展，乘客对于屏幕之间的交互性逐渐增强：开关机、导航的多屏联动，不同位置乘客显示屏之间实时切换，视频、歌曲、图片等娱乐信息在多屏之间的共享等，多屏交互正逐渐成为一种趋势。1多屏互动场景图1多屏互动场景拓扑图1）多媒体：多媒体ID3信息可以在整车各个区域屏幕共享，支持的媒体源有蓝牙、USB、Carplay、网络应用、FM/AM等。用户可以通过硬按键、虚拟按键操作多媒体，并且一处操作多屏同步。2）导航：自动根据各屏尺寸等比例保持地图显示。仪表屏和娱乐信息屏之间支持飞屏操作。用户正向飞屏仪表进入地图视图，用户反向飞屏仪表退出地图视图。3）车辆控制：娱乐信息屏和后排显示屏都需要支持对车辆ECU的信息显示和控制，包括灯光、座椅、空调等。4）驾驶行为分析：根据车辆硬件和软件模块提供的源信息进行行为分析，得出驾驶评分、驾驶时长、驾驶里程、平均速度、平均油耗等信息，并在仪表屏和娱乐信息屏同步展示。2虚拟座舱系统软件架构上述复杂多样的多屏交互场景，虚拟座舱系统成为分配和管理硬件资源、调配软件运行的关键核心部分，因此，需要深入虚拟座舱系统的软件架构来提出合理的多屏交互方案。目前行业内主流的虚拟座舱系统由多操作系统构成：实时操作系统+分时操作系统。实时操作系统可以满足需要及时响应的用户场景，同时兼备高稳定性。分时操作系统可以满足多元化的用户需求，提高用户化验。常用的实时操作系统有Linux、QNX，分时操作系统有Android、IOS等。以典型的QNX+Android组合方式为例。图2为虚拟座舱系统软件架构。对于实时性有要求的HMI场景需要通过RTOSAPPS来实现，比如仪表显示、抬头显示、后排显示。Android操作系统是运行在QNX系统里面的一个子进程，通过Hypervisor来管理两套操作系统，实现系统资源（内存、CPU、麦克风、扬声器等）的合理分配。Android系统可以实现丰富多元化的交互场景，用于实现娱乐信息屏的显示与交互。VehicleInterfaceProcessor（简称VIP）用于与车辆各个ECU模块对接。图2虚拟座舱系统软件架构从上述软件架构，可以总结出3类消息通道，如图3所示。图3虚拟座舱系统消息通道1）VIP与RTOSAPPS：数据源来自VIP端，可实现TT、Alert、ADAS、V2X等相关显示。2）VIP与AndroidAPPS：数据源来自VIP端，实现空调、座椅、灯光等组件的显示与控制。3）RTOSAPPS与AndroidAPPS：数据源来自Android端，多媒体、导航、通话等功能同步。3多屏互动方案虽然多屏交互场景复杂，但根据上述的数据源来看，只需要提供两种交互方案即可满足所有场景。3.1CBN路由方案数据源来自VIP端，多屏信息可以由VIP端来实现同步。SystemOnChip（简称SOC）端与VIP端通过SPI接口规范使用统一的通信渠道进行通信交互。如果把VIP和SOC看成整个座舱系统的子节点，那么节点间通信（CommunicationBetweenNodes，CBN）需要由统一的消息路由管理，而CBN路由负责在RTOS应用程序和IVI软件组件之间分发消息，其还缓存用于IVI软件的消息，直到IVI软件出现。虚拟座舱INC消息扭转如图4所示。图4虚拟座舱INC消息扭转CBN路由的具体作用有以下几点。1）维护一个静态路由表，该表根据消息的来源、通道ID、消息ID和有效负载确定消息的目标应用程序。RTOSCBN路由可以根据上述一个或多个标准选择发送消息。2）对于来自VIP的上游消息，可以将消息并发路由到单个RTOS应用程序和单个IVITCP/IP端口。3）通过RTOSCBNTP资源管理器从VIP读取消息，通过QNX消息框架从RTOS应用程序读取消息，通过TCP套接字从IVI软件读取消息。4）根据通道优先级将消息发送到各自的目标（VIP、IVI应用程序或RTOS应用程序）。对于车辆信息和车控相关的多屏同步可以采用CBN路由方案来实现。以空调功能为例，用户在娱乐信息屏调节空调温度，通过CBN路由向VIP发送温度调节请求，硬件空调温度调节之后通过VIP上报到CBN路由，CBN路由把调节之后的温度上报给后排显示屏上。3.2CBS方案数据源来自娱乐信息系统，此种场景下并没有涉及到与VIP端的通信，需要在IVI和RTOS系统之间建立一条额外的通信通道来实现交互。系统间通信（CommunicationBetweenSystems，简称CBS）是一套基于Socket的系统间通信机制。虚拟座舱CBS通信构架如图5所示。图5虚拟座舱CBS通信构架CBS实现了连接管理、心跳监测、消息校验、组包拆包、序列化支持、会话管理、事件/属性订阅、监听回调等通信机制。CBS属于典型的C/S模式，服务提供者称之为服务端，服务消费者称之为客户端。CBS方案的实现能够让应用更专注在业务逻辑的实现上，更好地满足跨系统间的通信需求。通常情况下，娱乐信息屏会有多媒体、通话