王晓明 曹高波

（1、深圳市海邻科信息技术有限公司，广东 深圳 518000 2、深圳市比亚迪汽车股份有限公司，广东 深圳 518000）

1 概述

随着国家新能源汽车战略的持续实施，市面上的新能源汽车越来越多，政府公务用车也在批量换装新能源汽车了，公安警车也在顺应这个趋势。传统警车仅仅作为一个简单的代步工具，现代智慧警务工作需要，公安部门需要将警车升级改造成“移动警务室”。但是目前的新能源汽车都是直接接入到普通互联网，跟汽车生产厂家的后台相连通，无法满足公安部门对信息安全保密管控的要求，这就需要在新能源汽车中控之外再增加一套警务安全主机，来实现接处警等应用，如何将这套警务安全主机安装对接到新能源汽车上成为了一个课题。

本文所涉及的技术难题是如何将警务安全主机全功能、安全地投屏到新能源汽车中控系统，通过我们的研究，提出了分别对接显示、触控和声音的技术解决方案，成功实现了警务安全主机与新能源汽车车载中控系统的安全融合对接。

2 需求分析

传统警车一般可以采取替换中控的方式来进行智能化升级改造，但是现在的新能源汽车，普遍采取了体验非常好的大尺寸中控显示屏，而且显示屏和主机分离，如果再在汽车大屏之外安装一套显示屏幕，往往找不到合适的位置，要么影响安全气囊，要么体验非常不好，导致传统的升级改造方案已经不适合新能源汽车了，市场亟需一种方案能将警务安全主机对接到新能源车机的方法。

理论上苹果的Carplay 和百度的Carlife 都可以用一根USB 数据线或者WIFI 蓝牙等无线形式将警务安全主机和新能源车机连接起来，但是Carplay 和Carlife 处于苹果和百度的绝对掌控之中，开放程度非常有限，往往只能将有限的几个应用投屏到车机屏幕上，而且这几个应用必须要在苹果和百度的白名单之中，独立开发的应用就无法投屏，而警务安全主机必须运行独立的APP，这就导致无法通过Carplay 或Carlife 将警务安全主机投屏到新能源汽车屏幕上来使用。

通过深入研究，本论文提供了一种将警务安全主机对接到新能源汽车的方法。

（考虑到新能源汽车市占率等因素，本文作者选择了比亚迪2020 款宋Pro 这款车型来进行研究。）

3 具体实现方法

作者仔细梳理了警务安全主机和新能源汽车车机的对接需求，发现一共有显示、触摸和警情声音等3 个部分需要对接实现，即将警务安全主机的画面通过新能源汽车车机中控大屏显示出来，同时通过中控触摸屏反向控制警务安全主机，并将后台推送的警情声音通过AUX通道接入到汽车车机，从车身喇叭播放出来。由于只是视频信号、触摸信号和声音的转换和传输，不涉及到主机用户数据的对接和转发，所以整体方案安全可控。

3.1 显示

警务安全主机有LVDS 和HDMI 两种显示输出接口，但是这两种接口在新能源汽车车机上一般都没有预留，不过新能源车机上都有预留360 度全景摄像头和车内摄像头接口，是基于德州仪器的FPD-Link 方案来设计的，经过仔细评估，警务安全主机的显示输出信号通过两次信号转换，就可以接入到汽车的车内摄像头接口，图1 是原理性框图。

图1

警务安全主机输出的LVDS 信号通过龙讯LT9211芯片转换成MIPI CSI 信号，然后通过德州仪器的DS90UB935-Q1 芯片将MIPI-CSI 信号串行转换成单芯同轴信号，并输出给汽车车内的摄像头接口,汽车车机通过摄像头接口即可获取警务安全主机的显示画面。

软件部分需要开发一款APP，运行在车机安卓系统里，由APP 去调用车身摄像头接口，进而获取到警务安全主机系统的显示画面，此APP 开机后自动启动运行，省去了每次需要人工去点击操作。另外警务安全主机输出画面是1280*720 分辨率，而汽车车机屏幕是1920*1080 分辨率，所以警务安全主机的显示画面在汽车车机上显示需要APP 来做3：4 的等比例拉伸动作。

接下来分别对上述框图中关键的两颗芯片做一些简单介绍：

3.1.1 LT9211 是一颗显示接口转换IC，由龙讯半导体设计和销售。龙讯半导体是一家专注于高速信号传输、视频处理、新型显示驱动芯片研发和销售的国内半导体公司，其产品和解决方案广泛应用于个人电脑、消费电子及其周边设备，包括笔记本电脑、高清电视、智能手机、车载设备、智能监控等。其具有丰富的输入和输出接口形态。LT9211 可以通过I2C 接口去配置内部寄存器，以选择输入和输出信号的规格，本次我们使用的是将单通道的LVDS 信号转换成YUV422 格式的MIPI-CSI 信号，输出给DS90UB935-Q1 芯片，LT9211 芯片具有以下特点：（1）丰富的输入和输出选择，可以是MIPI/TTL/LVDS 中 的 任 意 一 种；（2） 其 中MIPI 支 持MIPI-DSI 和MIPI CSI-2 两 种 协 议；（3） 支 持 高 达1920*1200/60Hz 或者像素时钟小于200MHz 的图像分辨率；（4）为了方便实际的布线，信号P/N 可以交换，差分对之间可以交换；（5）工业级工作温度范围：-40℃～+85℃

3.1.2 DS90UB935-Q1 是德州仪器FPD-Link Ⅲ设备家族的一颗芯片，德州仪器是模拟芯片业界的鼻祖，旗下产品种类非常齐全，涵盖了模拟、嵌入式处理以及无线技术等方面，广泛应用于数字通信、娱乐、医疗服务、汽车系统等领域。DS90UB935-Q1 支持将传感器（包括摄像头、卫星雷达、激光雷达等）原始数据串行转换后，通过同轴电缆进行高速传输。它具有以下特性：（1）满足AEC-Q100 车规级认证，工作温度范围从-40℃到105℃；（2）传输速率高达3Gbps；（3）支持MIPI DSI 和MIPI CSI-2 两种输入接口；（4）支持单端同轴电缆和带屏蔽的双绞线两种物理传输介质；（5）支持通过同轴电缆同时传输信号和电源；（6）低至0.25W 的功耗。

3.2 触摸

之前作者有基于串口协议实现过车机系统之间的反向触控操作，并申请了相关发明专利，但是本次选取的汽车车机上并没有预留外部串口接口，不过汽车上有最常用的CAN 通信接口，基于此，作者规划用CAN 总线来实现触摸操作，最终也取得了圆满成功，原理框图见图2。

图2

在警务安全主机的显示画面上，用户点击屏幕，汽车车机系统侦测到触摸事件，就把触摸事件（包含点击事件和坐标信息等）通过CAN 总线传递给警务安全主机；在警务安全主机端，CAN 信息经过CAN 收发器传递给一个MCU 来解析CAN 协议，最终输出串口信息给到SOC 的UART 端口，UART 端口再将触摸事件上报给系统，系统执行相应的操作，在汽车车机屏幕上就能看到对应的触摸动作。

3.2.1 CAN 接口简介

CAN 是控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH 公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。它具有数据传输速率高（相对，1Mb/s）、抗干扰能力强（差分数据线）、具有自我诊断能力（错误侦测）等优势。

3.2.2 本文作者一起制定实现触摸功能的CAN 通讯报文格式。（1）汽车车机端设定他们发送端的CAN ID 是0x4C1，也就是说警务安全主机接收端只需要过滤处理0x4C1 地址发过来的报文，其他地址发出的报文一律忽略；（2）设定双方通信的速率：采用汽车车机上低速CAN通信的125KHz 波特率；（3）一个标准的报文协议是8 个字节, 如何用这有限的8 个字节可靠地传输触摸动作和坐标信息呢？表1 是拟定的报文协议的具体格式。

表1

关于上述格式的说明如下：帧头0x0D 和0xAA，表明该条报文是触摸相关信息，如果是其他帧头的，说明是误码，则忽略；nn：触摸事件（0：手指抬起；1：手指移动；2：手指按下）；xx：触摸x 坐标，2 字节，字节4～字节5，高位在字节4，低位在字节5；yy：触摸y 坐标，2 字节，字节6～字节7，高位在字节6，低位在字节7；校验值：基于对数据传输稳定性的担忧，特加入一个校验值，用于对前面7个字节数据的校验，字节8= ～（字节3+字节4+字节5+字节6+字节7）+1 （取反再加1）。

3.2.3 下面是CAN 传输触摸协议的具体实现步骤：（1）汽车车机屏幕分辨率是1920*1080，警务安全主机系统分辨率是1280*720，所以汽车车机这边在收到坐标信息后，X/Y 坐标分别做3/4 等比例缩小并取整操作；（2）将上述坐标信息通过串口传递给负责CAN 协议解析的MCU；（3）MCU 将上述坐标信息依据标准的CAN 报文协议封装，并发送到汽车CAN 总线上；（4）警务安全主机端MCU 实时监听CAN 总线，只要有ID 为0x4C1 的报文就解析出来，转换成串口信息，发送给主机串口；（5）安卓Framework 层根据收到的串口坐标信息，模拟出触摸点击或者滑动的效果。

3.3 声音

声音接入可以分为两部分：一是将警务安全主机的声音接入到汽车车机的车载影音系统，二是当汽车车机在播放音乐或者其他娱乐声音时，警务安全主机收到突发警情声音提醒时，要实现插播功能，即压低或者暂停汽车车机娱乐信息声音，优先播放警务安全主机的警情声音，播放结束后再切回到汽车车机娱乐信息声音。

3.3.1 将警务安全主机的声音接入到汽车车机的车载影音系统

原本最简单的做法是通过蓝牙连接将声音接入到汽车车机，但是警务安全主机出于安全考虑，完全屏蔽了WIFI 和蓝牙等无线通信，通过交流对接，发现可以通过有线的形式将警务安全主机的声音通过AUX 声音通道接入到汽车车载影音系统。

但是模拟声音信号幅度小，非常容易被干扰，本项目采取了多芯同轴屏蔽线的方式，来克服信号传输过程的干扰；另外还克服了警务主机和汽车车机不等地的情况，圆满解决了喇叭中的严重底噪问题。

3.3.2 警情声音插播功能

由于汽车车机不知道警务主机即将有声音要播放的，所以需要警务主机这边主动通知汽车车机，最可靠的当然还是利用CAN 总线了，上面触摸功能是汽车车机发报文，警务主机解析报文，本次声音插播功能则需要警务安全主机发报文，汽车车机解析报文。（1）给警务安全主机分配0x33A 的ID；（2）定义了如图3 所示的CAN报文协议，用于声音切换：（3）当有警情声音要播报时，警务安全主机向0x33A 的地址发送0x01 的信息，通知汽车车机将声音通道切换到AUX 音源，压低系统声音；当警情声音播报结束时，警务安全主机向0x33A 的地址发送0x00 的信息，通知汽车车机将音源切回到正常的多媒体音源。

图3

4 结论

本文经过研究开发，成功将警务安全主机和新能源汽车车机完美融合对接，研制出了样机，初步通过了市场检验，符合客户需求。解决了将警务安全主机全功能、安全地投屏到新能源汽车中控系统的技术难题，为当下普通警务车辆升级成智慧移动警务车提供重要参考，也为我国智慧警务事业的发展做出了力所能及的贡献。