汽车领域使用USB的研究

晓明

长期以来，通用串行总线（USB）一直是PC外设连接的普适标准，不过，USB最近已开始跻身汽车市场。支持MP3的立体声系统、DVD播放机和先进的GPS导航系统等都是专为给乘客提供“信息”和“娱乐”服务而设计的“信息娱乐”汽车电子系统的组成部分。为汽车配备这些高科技的“小玩意儿”需要一种精细但不复杂的通信形式，而USB自问世以来就一直起着这种作用。
　　汽车内部的媒体设备追随着消费电子的发展步伐。最早是八轨机，后来是盒式磁带录音机和CD机，显然，下一步就该是MP3了。拥有iPod或MP3等相似设备的消费者远远超过1.5亿，而FM发射器和汽车出厂时安装的iPod座在与立体声系统直接联结之前只不过是一种补缀而已。信息娱乐系统还包括触摸屏导航设备、可折叠式电视屏和移动电话扬声器系统。转眼之间汽车已经变成了“车轮上的PC”。由于和信息娱乐装置相连的便携式消费电子产品越来越多，因而需要一种能够适用于几乎所有设备的标准连接形式。10多年前，PC市场也面临着同样的难题，从而导致了USB的诞生。这样一来，汽车业就不必重新摸索了。几乎所有的消费电子产品都需要借助PC来实现某种形式的功能（下载MP3歌曲、上传图片等等），而最常用的连接便是USB。对汽车行业来说，它实际上已经拥有了一种可资利用的“通用”标准。
　　一、采用USB的信息娱乐系统设计的细节
　　为了利用车内的USB，不管是便携式消费类设备，抑或是信息娱乐系统，都必须包含一个用于控制数据流动的USB主机。这些装置中的USB主机并不是PC中的标准USB主机控制器，而是一种面向便携式消费电子产品的优化ASIC或嵌入式主机IC。高端信息娱乐系统（先进的GPS导航、全功能立体声系统）常常包含一个专为执行某种专用功能而定制的ASIC。由于这些ASIC通常基于IP库，因此，它们往往集成了USB主机IP，旨在支持USB外设。较为简单的系统（基本型立体声装置、移动电话座）不需要那么高的处理能力，可以选用非常基本的ASIC或嵌入式微处理器。在这些场合中，可利用分立的嵌入式主机IC来增添一个USB主机。采用嵌入式主机使得ASIC能够削减其功能组，以节省空间和成本，同时仍然支持USB。使用分立的嵌入式主机还可加快产品的面市进程。无论设计师选用的是集成解决方案还是分立解决方案，所有的USB主机都需要一个主机堆栈。从本质上讲，该主机堆栈就是主机控制器的“大脑”，负责启用某个消费应用程序内部的所有USB功能。典型主机堆栈包含应用编程接口（API）、实时操作系统（RTOS）和核心USB驱动器。

　　当把USB主机设计到信息娱乐系统中的时候，应用和使用模型将确定所需的带宽要求。对于大多数汽车应用而言，全速USB（12Mbps）便足够了。例如：普通MP3被压缩在128Kbps和192Kbps之间，而高品质MP3的带宽要求则提升至320Kbps，这些都远远低于12Mbps全速USB所能支持的水平。即便是来自CD的非压缩WAV文件流的最大数据传送速率也不过1.5Mbps，同样丝毫没有超出全速USB的带宽范围。只有当系统具有1GB或更大容量的板上存储器或进行高分辨率视频的流式传输时，才应该考虑高速USB（480Mbps）。
　　汽车信息娱乐系统必须做好在极限温度条件下工作的准备。为了确保所有的车载设备都能够在各种条件下正确运行，汽车电子理事会（AEC）制定了一种名为“AECQ100”的规范，该规范要求汽车元件可在-40℃至150℃的温度范围内（分为不同的等级）正常操作。某些汽车制造商或许会要求信息娱乐系统中的全部元件均符合AECQ100规范中所拟定的某种特定的等级。
　　二、USB解决方案
　　由于需要考虑诸多的规范和要求，因此选用正确的USB解决方案会是一项棘手的工作。赛普拉斯的EZ-Host（CY7C67300）嵌入式主机解决方案是一款经过AEC资质认定的器件，并拥有完整的产品支持。通过与CY4645参考设计的组合，赛普拉斯提供了一款交钥匙型解决方案，从而实现了产品的快速面市以及所有信息娱乐平台的简易型客户化设计。由于获得了完整的固件、线路图、主机堆栈和文档资料，因而使得设计师能够将支配权掌握在自己的手中。

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