利用I2C GPIO扩展器最大化复用信息娱乐系统设计 – 汽车电子,车载信息娱乐系统,智能汽车,接口总线


随着系统复杂性的增加,缺乏通用输入/输出(GPIO)实现外设控制或电路板布线问题开始出现。本文重点介绍了信息娱乐和集群系统融合,以便打造集成式驾驶舱。I2C GPIO扩展器提供了一种重用现有设计的重要途径,并且集成了新功能集来满足消费者的需求。

 

消费者通过移动设备、家用电子产品和计算的进步接触到最新的技术。现在他们希望在汽车上获得相同的用户体验。如今的许多信息娱乐系统都是以信息娱乐处理器(及既定的生态系统平台)为基础的。虽然系统工程师通常可以重用核心系统,但将下一代技术与传统子系统相连接依然存在着一些困难。

 

消费者通过移动设备、家用电子产品和计算的进步接触到最新的技术。现在他们希望在汽车上获得相同的用户体验。如今的许多信息娱乐系统都是以信息娱乐处理器(及既定的生态系统平台)为基础的。虽然系统工程师通常可以重用核心系统,但将下一代技术与传统子系统相连接依然存在着一些困难。随着系统复杂性的增加,缺乏通用输入/输出(GPIO)实现外设控制或电路板布线问题开始出现。本文重点介绍了信息娱乐和集群系统融合,以便打造集成式驾驶舱。I2C GPIO扩展器提供了一种重用现有设计的重要途径,并且集成了新功能集来满足消费者的需求。

 

系统集成

 

信息娱乐是信息和娱乐的呈现,包括工作和娱乐。如今的信息娱乐系统以内容和互联为中心。为了满足消费者的期望,业界致力于通过数字技术来保持驾驶员和乘客之间的互通。虽然这为驾驶员带来了新的干扰,但汽车制造商正采取措施来使驾驶员将注意力重新集中于道路上。

 

信息娱乐子系统变得越来越复杂,这主要是因为在有效处理这些信息的同时还需要与外界保持联系。大多数汽车制造商不想对认证的系统架构进行大幅改变——这些架构已通过漫长且艰巨的资格认证过程。但是,我们必须提供一种途径来衔接现有设计,以跟上消费者的需求。

 

几十年来,内置的汽车立体声或音响主机已成为信息娱乐系统的中心,用于存储、传送内容和处理数据,以增强用户体验。随着时间的推移,蓝牙技术已融入这些音响主机中,以帮助驾驶员专注在道路上。到2022年,蓝牙将遍及全球90%以上的车辆。近来,随着Apple Carplay和Android Auto的出现,任何拥有入门级智能手机的人都可以体验到功能丰富的集成导航环境。曾经被视为奢侈的选择现如今正在变得司空见惯。

 

随着这些高端功能迁移至中低端车辆,汽车制造商正在超越现有架构的局限性,以适应下一代功能集。音响主体与仪表集群电子设备的组合,以及一些车身控制模块(BCM)功能,可为驾驶员和乘客提供无缝集成的驾驶舱体验。信息娱乐公司已投入大量工程资源和资格认证时间来概念化、设计和实施最新的系统硬件和软件。尽管汽车电子产品的开发时间可能会延续好几年,但信息娱乐是汽车行业发展最快的领域之一。若能在通过无缝添加新功能和能力来区分最终产品的同时重复利用硬件和软件,则符合信息娱乐工程师的最大利益。

 

迁移到下一代处理器

 

系统的核心是处理器,其中有几种设计选项专为信息娱乐进行了简化。有几个精选出来的功能非常强大,足以应对集成式驾驶舱的需求。经验丰富的工程师通常会将大部分时间投入到这些高端系统中。然而,这些系统需要缩减到中低端的大众市场体系。其软件通常会被移植到具有较少GPIO的小型、低级别的处理器上,并且需要连接到外设。这就是GPIO扩展器为工程师提供灵活性的地方。I2C是一种在大多数信息娱乐系统中都有的、通过共享总线提供的通用接口。工程师可以轻松恢复控制任意数量外设所需的GPIO。

 

类似于移动电话,这些信息娱乐系统是基于平台的。这意味着从低端到高端都有一个通用的基础平台设计来实现基本功能。高端平台具有扩展外设以实现专有功能和性能。随着这些系统变得更加模块化,具有能够在不同子系统之间进行通信的公共总线显得至关重要。

 

I2C的一个关键优点是该接口标准是一种基于主从协议的共享总线。这种通用性有助于I2C总线在整个系统中布线——要注意的是节点的最大数量受到地址空间和400pF总线总电容的限制。I2C IO扩展器最常见的用途之一是控制位于PCB远端的输入。这些外设的布线可能构成挑战。图1中的示例凸显了一个典型的信息娱乐系统,其中外设的控制输入由主处理器控制。

 

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图1:控制输入由主处理器直接控制。

 

I2C IO扩展器可以通过使用已有I2C系统总线来大大降低电路板布线的复杂度。由于其可以使电路板层数量减少,进而使电路板制造成本最小化,优点变得显而易见。图2所示为采用I2C GPIO扩展器的相同系统。GPIO扩展器与现有的I2C总线相连,而不是从处理器到外设布设8条线路。由于GPIO扩展器现在更接近外设,因此可以减少总布线面积。

 

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图2:控制输入通过I2C GPIO扩展器进行控制。

 

这种方法的另一个关键优点是可扩展性。当信息娱乐系统基于通用处理器平台时,工程师可以根据目标功能集选择添加或删除外设。为了获得最优的成本结构,工程师必须能够找到具有足够处理能力的处理器来专门解决其目标终端产品需求。成本优化的处理器通常具有较低的引脚数,这减少了处理器本身的GPIO引脚数。图3是一个将I2C GPIO扩展器与低端处理器搭配使用的方框图。

 

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