车载信息娱乐系统优化探究

发布时间：2020-06-06

　　摘要：随着现代科技的不断发展，在汽车车载信息娱乐系统当中，现代科技成果的应用极大的丰富了车载信息娱乐系统的功能，满足了人们对汽车娱乐及信息沟通等多方面需求，文章分析了如何进一步优化车载信息娱乐系统。

　　关键词：汽车;车载信息娱乐系统;内存

　　随着国内外OEM对智慧车辆逐渐达成共识，赋予汽车新的使命，也丰富了车辆的应用场景，用户与车辆的直接对话越来越多，使用场景的增加给车载信息娱乐系统的正常运行带来越来越多的挑战。通过对系统关键元器件负荷分析，引导工程师对核心元器件进行选型，并通过软件策略的优化来提升系统的流畅性，符合市场用户需求。

　　一、车载信息娱乐系统发展历程

　　(一)功能进化

　　早期的车辆只具备基本的驾驶功能，没有娱乐功能，随着用户需求的提高，车内信息娱乐功能不断升级，从FM/AM收音机到CD机，再到大屏多媒体终端。近年来进一步新增出在线音乐、网络电台、听书、天气、新闻等服务。

　　(二)技术发展

　　从未止步的功能进化需要通过技术发展来实现，车载信息娱乐系统终端硬件上从单片机应用发展到单核、双核、四核的SOC应用，软件上从基本的单片机嵌入式系统应用发展到WinCE、QNX、Linux、Android等高级操作系统应用，软件代码量指数级增长，开发难度也显著提升。

　　二、系统架构组成

　　(一)硬件框图

　　参考某OEM的一款中控车机硬件架构。中控影音娱乐系统的架构主要包含主CPU、触摸屏、MCU、DSP、功放、WIFI模块、BT蓝牙模块、GPS天线模块、收音机AM/FM模块、CAN收发器、USB接口等，各独立功能芯片主要参与信号收发、解析及优化，对系统的流畅性影响较小，主要由核心处理器对用户及外界输入信号进行综合处理，主处理器的性能对系统运行速率影响较大。通过测试主处理器的负载及各应用的内存占用状态选取合适的元器件，减少设计漏洞，同时避免资源浪费，有效控制成本。

　　(二)应用工作原理

　　图1为应用工作原理。Linux系统在启动时，从ROM中加载系统基本信息，通过引导程序启动系统主程序，在应用被唤醒时，从L1/L2缓存数据中寻找应用数据，发现所需数据，则快速启动应用;反之，则通过运行内存从存储内存中调用并运行应用数据。由于缓存模块封装在主处理器内部，通常一个应用从唤醒到运行的整个过程中，主要参与的硬件模块有：功能模块芯片、CPU、运行内存、储存内存。功能模块芯片接收原始信号后转换成A/D信号输入给CPU，由CPU底层软件驱动显示屏进行显示及功放发声，鉴于功能模块较多，本篇不作深入研究，主要从CPU、运行内存、存储内存3个维度来探讨系统的优化方案。

　　三、CPU运行负荷

　　(一)CPU的负荷分布

　　同一个应用在不同的场景，CPU的负载也不一致，全功能样机上输入指令：adbshelltop-m10-scpu，测得每个应用最大CPU负载的数据及对应场景如图2所示。根据以上数据统计，综合用户使用习惯，以下两种常见使用场景中，会出现CPU负载过高现象。

　　1)收音机+导航+语音助理+双屏互动，负载79%。

　　2)导航+日历+语音助理+双屏互动，负载86%。通常系统底层软件运行监控也会占用少量资源(<2%)，在负载过高时，调用其他应用，例如点击多媒体按键板、高清媒体源播放、蓝牙来电等，都会造成CPU资源不足，系统不流畅。

　　(二)CPU优化

　　在项目策划阶段，需要对车载应用进行统计，根据试验测得应用的最大CPU负荷、成本及后期OTA升级需求来对CPU进行选型，CPU优化通常从以下两点进行考虑。

　　1)当CPU处于一个较高的负载工况时(CPU占用90%)，若一个20%CPU占用的应用被激活，正常情况下，该应用从唤醒到启动需1s，则会因为CPU资源不足，导致应用程序调用时间增倍为2s，实际体验就能感受到延迟，后继虽然可通过代码架构适当优化，但不能从根本上解决系统不流畅的问题。因此，在进行硬件选型时，需估算CPU的最大负载，选择处理器。

　　2)目前业内普遍CPU的负载设计不超过70%，在确定CPU型号后，需保证CPU平稳工作。生产工艺、硬件电路、结构散热等都会对CPU工作造成影响，长时间工作会使主机内部局部温度偏高，造成CPU降频，运算能力下降，可通过合理的机械结构及硬件电路布局优化CPU散热，保证CPU良好运行。

　　四、系统运行内存

　　(一)运行内存负载分布

　　同CPU负载类似，在全功能样机上调用adb指令直接看每个模块的内存占用，输入指令：adb shell dump sysmem-info，模拟测得每个应用的内存占用如图3所示。

　　某系统设计运行内存为2G(2048M)，用adb指令运行模拟应用启动时占用的实际内存为931M，选用1G(1024M)内存即可满足系统需求，但内存预留不足，后继程序升级时容易出现内存容量不够，系统运行卡顿的情况，因此需综合成本及当前内存占用状态来选取合适的内存大小。

　　(二)运行内存优化

　　当前市面上车载DDR3内存大小与价格参考如下：1G内存96元，2G内存130元。

　　综上所述，考虑到后期OTA升级，应用更新优化，结合当前内存的市场报价，选取2G运行内存既满足当前设计方案，又可支持后期迭代升级，为最优性价比方案。

　　五、系统存储内存

　　(一)存储内存负载分布

　　在硬件架构设计时，一般会将存储器划分为系统区及用户区，系统区一般预留部分空间用于系统更新优化及系统数据临时缓存，某项目系统应用实际数据大小为3.18G，预留4G;用户区高德离线地图占用7.19G，科大讯飞离线语音包占用0.48G，系统常规应用一般占用较小，主要由酷我音乐等第三方APP及调试LOG数据占用。在系统硬件方案确定前，地图数据及语音数据虽占用较大，但是一般浮动较小，而系统常规应用数据占用很小，因此在设计优化时需注意LOG接口数据及第三方下载数据，避免系统存储空间不足，影响系统运行。

　　(二)存储内存优化

　　对于功能模块LOG接口数据，可从软件架构上对打印权限进行限制，当某个功能模块需要开发调试时，需申请权限，同时主程序对内存状态进行监控，通过浮动窗口实时显示内存状态，在内存使用超出阈值时通过弹窗进行报警。第三方应用目前在车载多媒体中应用越来越多，大部分都没有对用户下载进行限制，采取的优化方式有两种：①参照手机，当下载数据超过内存阈值时，系统弹窗提醒清理内存，并显示每个应用下载占用状态;②第三方软件自优化，以酷我APP为例，当用户下载的曲目数量达到设定量(100首 )或内存使用超过阈值时，再次下载时默认滚动覆盖最早下载的曲目。

　　影响中控多媒体系统的因素有很多，文章选取CPU、运行内存、存储内存3个点展开分析，结合某OEM在开发车载多媒体系统时的试验数据，提出信息娱乐系统优化的一些可行方案，提升了产品用户体验，也为后继工程师在产品开发时提供参考。——论文作者：覃毅哲 胡盛弟

　　车载信息娱乐系统优化探究相关期刊推荐：《科学与技术研究》杂志是经国家新闻出版总署批准，中国科学技术应用联合会、阿泰地区科教协会主管、北京科技发展工作委员会、阿泰地区科教协会共同主办的科技类学术期刊。涉及到的栏目有：教育科学、科教创新、管理科学、医学科技、法学创新、市政建设、土木工程、石油化工、电子技术、信息科学、生态环境、医疗卫生、经营管理、质量管理、行政管理、公共管理、项目管理、交通规划、公共秩序、品牌建设金融财务、资本运作、财务管理、内部审计、证券市场等。