樊刘华，李大全，刘文怡，2*，石永亮，曹翱翔（.中北大学电子测试技术国防重点实验室，太原0005；2.仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原0005；.北京宇航系统研究所，北京00076）

双处理器智能车载终端的设计与实现

樊刘华1，李大全3，刘文怡1，2*，石永亮1，曹翱翔1
（1.中北大学电子测试技术国防重点实验室，太原030051；2.仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051；3.北京宇航系统研究所，北京100076）

针对当前对车载终端扩展性和信息量的要求，结合嵌入式、CAN总线和全景拼接等关键技术，提出了一种新的智能车载终端的设计实现方法。采用以双处理器Hi3520D和STM32F105V8为核心的主从板结构，关键硬件电路有四路视频采集、红外接收、CAN总线接口等模块，软件部分基于嵌入式Linux平台设计。系统成功实现了四路视频全景拼接显示和车辆状态信息显示功能，满足各项技术指标。长期测试证明，该系统稳定可靠，具有较强实用性。

智能车载终端；嵌入式；CAN总线；全景拼接

汽车数量的日益增长引发了诸多交通安全问题，智能车载终端的使用可大大降低事故发生率［1］。现今车载系统主要存在以下不足：通过主机挂载新的传感器进行扩展的方法难以满足现今对车载终端扩展性能的要求，其次，传统车载终端能够处理和呈现的数据量有限，不足以满足用户需求。

本系统能够对多种车辆状态信息进行采集和处理，所设计数据采集方法实时可靠，并可通过接口实现数据交互，使系统的通用性和扩展性能都得到了增强。同时，利用安装在车身前后左右4个方向的广角摄像头同时采集车辆四周影像，经全景拼接算法处理后实时显示所生成的全景拼接图，给驾驶人员直观提供了丰富的信息量，起到提前预警的作用。

1　系统总体结构设计

为使车载系统提供的辅助驾驶信息丰富有效，车载终端处理和提供的数据必须实时可靠，系统应具有较强扩展性和兼容性，整体性价比也应尽可能高［2］。车载终端的设计重点在于采集、处理并显示车身所处环境信息和车辆状态信息。其中车辆状态信息十分繁复，为此选择CAN总线进行传输［3］。为保证系统的实时性和可靠性，硬件系统设计采用如图1所示的主从板结构，其中主控板主要负责处理通过串口获取的车辆状态信息以及采集得到的四路视频信息，从板主要负责从CAN总线上采集车辆数据信息并进行进一步处理。

主控板选取多媒体处理芯片Hi3520D作为中央处理器，它内置Cortex-A9处理器，具有优异的编解码算法和视频引擎，可多路高清输出，完全可满足车载终端所需功能的要求。同时该芯片具有丰富的外围接口，扩展性很强，非常适合车载系统采集处理四路视频信息。从板部分中央处理器选取意法半导体公司的STM32F105V8，它内部集成的CAN控制器，可实时采集并处理接收到的CAN总线上丰富的车载数据信息，并且可将处理后的数据经串口传至主控板，从而实现实时显示。

2　系统硬件设计

所设计的智能车载终端的关键电路包括主控板的四路视频采集电路、红外接收模块电路以及从板的CAN总线接口电路，下面就这3个电路的设计进行详细介绍。

2.1四路视频采集电路设计

主控板的视频采集电路采用Richnex公司的RN6318A芯片，用于对4路摄像头采集的模拟视频数据进行A/D转换和合成，所设计4路视频采集电路如图2所示。

图2　四路视频采集电路图

图中VIN1～VIN8为视频信号输入端，根据系统需求只需接入4路摄像头视频，摄像头视频信号经过预处理后输出至RN6318A芯片的VINA0～VINA7管脚，之后通过数字信号输出端将经A/D转换后生成的数字视频信号输出到Hi3520D进行后续全景拼接处理。

2.2红外接收模块电路设计

主控板中的红外接收模块用于对用户的按键信息进行接收，Hi3520D芯片提供一个专用IR接口，红外接收模块电路中采用SGR3638A芯片对红外信号进行接收［4］，其输出信号通过IR_IN引脚输入到Hi3520D处理器进行后续解码处理，使用户可以通过按键选取想要显示的画面。红外接收模块具体电路图如图3所示。

图3　红外接收模块电路图

2.3CAN总线接口电路设计

从板部分选择STM32F105V8作为处理器，它内部集成两个CAN控制器，可实时采集CAN总线上复杂的车辆数据信息。CAN总线不具时钟信号线，但是有两条信号线CAN_High和CAN_Low，它们组成一对差分信号线，因此CAN以差分信号的形式进行通信。挂接在CAN总线通信网络上的每个节点都由一个CAN控制器和一个CAN收发器构成，发送数据时，CAN控制器通过CAN_TX线把要发送的二进制编码发送至CAN收发器，接着由CAN收发器把接收到的逻辑电平信号转化为差分信号，通过差分信号线CAN_High和CAN_Low传输至CAN总线网络，接收数据的过程与之相反［5］。

下面主要介绍CAN总线接口电路的设计，选用STM32F105V8内部的CAN1控制器作为CAN总线控制器，省去了设计独立CAN控制器与处理器之间电路的麻烦，使系统更加简洁可靠。选取TJA1040作为CAN总线收发器，与CAN1组成CAN总线上的一个节点，用来与其他节点进行通信。系统CAN总线接口电路图如图4所示。

CAN收发器TJA1040的速度可高达1Mbit/s，能够完成CAN总线与CAN控制器间信号的差动发送和接收，在汽车领域应用很广。TJA1040的TXD和RXD引脚分别接CAN1控制器的CAN1_TX和CAN1_RX引脚，经由TJA1040转换的CAN1_H和CAN1_L信号通过保护电路连接至总线的CAN1_H和CAN1_L，保护电路可有效滤除总线上的电磁辐射和高频干扰［6］，保证了信号传输质量，增强了系统的可靠性。

图4　CAN总线接口电路

3　系统软件设计

本系统以嵌入式Linux为平台，进行软件开发，采用模块化设计思路［7］，分别对四路视频全景显示模块和CAN数据接收解析模块进行软件程序设计。利用Hi3520D芯片视频开发函数库中的接口函数完成两大模块的软件设计，实现了四路视频全景显示和车辆状态信息显示功能，实现方法如下：视频采集模块首先将采集到的视频数据进行预处理，然后进行全景拼接显示处理，从而实现四路视频全景显示功能；CAN数据信息通过串口传输至虚拟仪表显示模块并送入显示屏，实现车辆状态的实时显示功能。下面对车载终端主要实现功能的软件设计进行详细介绍。

3.1车载终端四路视频全景拼接显示软件设计

设计的4路视频全景显示界面由以下3部分组成：单路视频显示画面、四路全景拼接图像显示画面和警告画面。系统采用标清设备DSD0输出，显示界面的分辨率为720×480，所设计的全景显示界面分配如图5所示。

图5　四路视频全景显示界面

四路视频全景拼接显示功能实现流程图如图6所示。实现该功能的总体思路如下：首先完成系统的初始化工作，之后配置并启动视频输入VI、视频处理VPSS和视频输出VO，然后获取四路经初步处理后的视频数据并进行拷贝，采用查表法对此数据进行全景拼接处理后，得到单路视频数据、四路视频融合数据以及警告图片数据，对用于显示的内存区域进行对应位置的填充，之后调用接口函数HI_MPI_VO_Send-Frame（）把处理后的视频数据接入指定视频输出通道，完成车辆周边环境的全景拼接显示。

图6　四路视频全景拼接显示软件流程图

3.2CAN数据接收解析软件设计

CAN总线接收解析模块主要完成了对汽车CAN总线报文的接收与解析，可实时有效地提取到车辆自身各种状态信息。该部分应用程序的设计采用固件库开发方式，通过调用库函数接口配置寄存器［8］。下面介绍CAN数据的接收解析过程。

图7为CAN数据接收解析模块软件流程图，首先初始化串口和CAN接口，然后等待报文接收。采用中断接收模式进行CAN报文接收，设置一个标志变量Flag，当完成中断接收时Flag置1，然后根据接收报文的不同ID，软件会调用对应的解析函数对CAN数据进行解析。举例说明，当接收到的报文ID为0x00000288时，就会进入HandleBCM_288（）函数对报文信息进行解析。根据不同函数解析后得到的报文信息，最终可以获得我们想要得到的物理量值，如车速、发动机转速、冷却液温度等车辆状态信息，并在车载终端显示屏上实时显示。

图7　CAN数据接收解析软件流程图

4　实测结果

本系统设计实现的四路视频全景显示图如图8所示，图中左侧上方为后路的单路原始图像，可以帮助驾驶员获取后路车况，左侧下方为警示信息，可以提到提前预警的作用，显示区域右侧是全景拼接图像，驾驶员可直观获取车辆周围环境情况，做到无视角盲区，可有效预防安全事故的发生。

图8　四路视频全景图

对从CAN总线上获取的车辆状态信号进行解析测试，将数据通过串口发送给处理器Hi3520D，当用户使用红外遥控器切换到车辆状态信息显示模式时，虚拟仪表显示模块就会按照事先规定的协议读取串口数据，在车载终端显示屏上实时显示从CAN总线上获取的数据信息。图9为某时刻截取的车辆状态信息显示图，通过虚拟仪表显示界面我们可以直观得到车速、转向和发动机转速等车辆状态信息，可完全满足用户需要。

图9　车辆状态信息显示图

5　总结

本设计以嵌入式技术、CAN总线技术、全景拼接等先进技术为基础，完成了双处理器智能车载终端的设计，顺利实现四路视频全景显示和车辆状态信息显示功能，系统所使用的数据采集和处理方式解决了当前车载系统在扩展性和信息量方面的不足。后期测试结果表明该系统运行状况稳定，性能指标正常，在智能交通领域具有较广阔的应用前景。

［1］ 姜竹胜，汤新宁，陈军.基于车联网的智能车载终端研制［J］.汽车电器，2012（10）：39-41，44.

［2］ 殷建红.面向车联网的车载智能终端及其实现探究［J］.无线互联科技，2013（8）：31-34，52.

［3］ 杨建军.CAN总线技术在汽车中的应用［J］.上海汽车，2007 （6）：32-34.

［4］ 何剑锋，方方，丁仿，等.基于嵌入式ARM-Linux的红外通信及解码驱动设计［J］.光通信技术，2011，35（4）：45-48.

［5］ 李平，魏长宝.CAN总线检测系统的多接口设计研究［J］.电子器件，2015，38（4）：917-921.

［6］ 吴志玲.基于CAN总线的数据采集节点设计与实现［D］.太原：中北大学，2013.

［7］ 刘青，杨勇.基于嵌入式LINUX的智能车载终端系统的设计［J］.电子设计工程，2014，22（23）：81-83.

［8］ 刘火良，杨森.STM32库开发实战指南［M］.北京：机械工业出版社，2013：213-234.

樊刘华（1991-），男，汉族，山西洪洞人，中北大学在读研究生，研究方向为测试测量技术及仪器，479045083@qq.com；

刘文怡（1970-），男，汉族，山西岚县人，中北大学教授，研究领域为测试计量技术及仪器，2258710822@qq.com。

Design and Implementation of Intelligent Vehicle Terminal with DualProcessor

FAN Liuhua1，LI Daquan3，LIU Wenyi1，2*，SHI Yongliang1，CAO Aoxiang1
（1.North Uniυersity of China，National Defense Key Laboratory For Electronic Measurement Technology，Taiyuan 030051，China；2.Key Laboratory of Instrumentation Science&Dynamic Measurement，Ministry of Education，Taiyuan 030051，China；3.Beijing Institute ofAstronautics System Engineering，Beijing 100076，China）

For the requirements of the expansion and the amount of information to vehicle terminal nowadays，combining with the key technologies like embedded technology，CAN bus，panoramic image stitching and so on，presents a new way of design and implementation of intelligent vehicle terminal.Adopting amain-assistant framework based on dual processor Hi3520D and STM32F105V8，the key hardware circuit including video capture of four pathsmodule，infrared receivingmodule，CAN bus interfacemodule，the design of the software part is based on the embedded Linux platform.The system successfully achieved the function of four videos panorama stitching display and vehicle status information display，meet various technical specifications.Long-term tests prove that the system is reliable，ithas strong practicability.

intelligentvehicle terminal；embedded system；CAN bus；panoramic stitching

TP391

A

1005-9490（2016）04-0929-05

2015-08-30修改日期：2015-09-23

EEACC:7320，221010.3969/j.issn.1005-9490.2016.04.034