车载主机与智能手机互动系统设计*

2013-07-05曾昭德洪晓斌

自动化与信息工程 2013年5期

曾昭德洪晓斌

（1.广东好帮手电子科技股份有限公司 2.华南理工大学机械与汽车工程学院）

0 引言

近年来，智能手机的发展已在很多方面领先于车载主机，尤其是多媒体和移动网络方面。例如，用户可以方便地在线升级智能手机的电子地图，安装第三方软件扩展功能，还可以方便地更新和播放手机的音乐、视频和照片等。但智能手机不能完全替代车载主机，因为智能手机不能与汽车总线、音响等实现稳定地连接和控制，也不具备安全辅助驾驶、汽车故障诊断等功能。因此，行业已开始研究将智能手机与车载主机连接起来，在车载主机显示手机的屏幕。用户通过手机屏幕的操作，运行手机上的应用程序，对于与汽车总线和传感器相关的行车安全、辅助驾驶等功能，由车载主机结合传感器和总线控制等实现。

MirrorLink是由国际性知名手机厂商和汽车制造商联合发起建立的一种“车联网”标准，目的是通过跨产业合作打造无缝隙的车内通讯环境，让智能手机、平板电脑、电子书等各式移动终端都能通过该标准，快捷地与车载信息娱乐系统互联使用，为用户提供最简单和直接的体验。MirrorLink已成为2012年值得关注的十大新技术[1]。但MirrorLink协议目前在手机行业中没完全普及，许多手机还不支持该协议。

本系统的设计目的是为了兼容更多的手机，实现不支持MirrorLink协议但提供移动终端高清影音标准接口（mobile high-definition link，MHL）[2]或者高清晰度多媒体接口（high definition multimedia interface，HDMI）的智能手机与车载主机的连接，在车载主机显示手机屏幕和播放声音；同时实现用户通过车载主机屏幕操作手机的应用。

随着车载主机和智能手机采用双核、四核CPU，1G、2G内存，整机性能不断增强，车载主机和智能手机的多屏互动效果也将越来越流畅。在多屏互联互通应用中[3]，MHL技术作为一种连接便携式消费电子装置的影音标准接口[4]，音视频转换模块通过MHL_HDMI桥接集成电路，把未经压缩的MHL视频信号转换成标准HDMI兼容信号，其输出画面理论可达1080p（目前主流支持到720p/1080i）。音视频转换模块把标准 HDMI兼容信号再转换成 CVBS（VGA或RGB）格式的视频流和L/R音频流，传输到车载主机。

支持MHL/HDMI方式的手机[5]不断增加，例如：三星的 I9250（Galaxy Nexus），I9220（Galaxy Note），I9100 Galaxy SII，Galaxy SII LTE，移动版I9108，电信版I9100，I997Infuse 4G等；HTC的G19 Raider 4G，G18（Sensation XE)，G17（EVO 3D），HTC Flyer，G14，HTC Jestream等；LG的LG Optimus 4X，LG X3 P880，LG Optimus LTE，LU6200等；魅族的MX，OPPO X905 Find 3等等。

1 系统组成

智能手机与车载主机互动系统由智能手机（客户端软件）、音视频转换模块和车载主机（服务端软件）组成，如图1所示。智能手机音频/视频通过MHL或者HDMI接口输出，经过转换后在车载主机显示手机屏幕和播放声音；智能手机与车载主机通过蓝牙或者WiFi连接和通讯，由车载主机上监控鼠标事件的服务器程序，将用户在车载主机屏幕上的触摸事件和坐标发送给手机客户端，客户端模拟对应的鼠标事件，实现用户通过车载主机屏幕操作手机的应用。

图1 系统组成

该系统成本低，操作方便。对于车主，智能手机和车载主机都已有，无需另外购买，升级本系统方案只需增加音视频转换模块。

2 转换模块设计

转换模块结构如图2 所示。智能手机的音视频数据输出接口与音视频转换模块的输入接口连接，如果智能手机的输出是MHL信号，则音视频转换模块先把MHL格式的信号转换为HDMI格式。音视频转换模块将 HDMI格式的音视频信号转换为CVBS/VGA/RGB格式的视频信号和L/R音频信号。将CVBS/VGA/RGB格式的视频信号输出到车载主机CVBS/VGA/RGB视频输入接口，将音频信号输出到车载主机L/R音频输入接口。

图2 转换模块结构

转换模块采用龙讯科技的 LT8612芯片，通过MICRO USB接口的MHL线和手机连接（如图3 所示）。转换模块支持MHL1.2和HDMI1.4协议，480p或480i的视频直接输出到主机的IPOD接口，音频通过DAC芯片PCM5100后输出到主机。

图3 MICRO USB接口转MHL

音视频转换模块将智能手机的屏幕界面和音频数据，分别以视频流和音频流的方式传输给车载主机；车载主机的触摸屏显示智能手机的屏幕界面，与车载主机连接的音响设备播放音频数据。

3 功能实现

3.1 WiFi设置与连接

WiFi一直被视为通信网络的有效补充，大多数智能手机已具备这一功能。如果车主用户选择 WiFi方式，车载主机通过WiFi网卡连接智能手机的WiFi热点，车载主机服务器软件通过SOCKET方式与智能手机客户端软件进行数据交换[5]。车载主机与智能手机客户端通过WiFi方式建立无线连接过程如图4所示。智能手机客户端软件启动后，先按照协议约定，设置手机 WiFi热点的服务集标识（service set identifier，SSID）的名称、加密方式和密码（见图5a）。智能手机客户端软件判断WiFi模块是否处于上网状态，由于WiFi模块的上网功能与热点功能是互斥的，所以智能手机客户端软件首先通过手机系统提供的API接口调用isWiFiEnabled()方法判断WiFi模块是否处于上网状态，若是，则通过手机系统提供的 API接口调用setWiFiEnabled(false)方法关闭WiFi模块的上网功能。在确认WiFi模块的上网功能处于关闭状态后，智能手机客户端软件调用 API接口函数getWiFiApConfiguration()获取手机 WiFi热点的原始信息，包括原始 SSID、加密方式、密码等，将手机WiFi热点的原始信息与协议约定配置的SSID、加密方式、密码信息进行比较。如果不一致，则通过调用setWiFiApConfiguration()对手机 WiFi热点的原始信息进行修改，使其与协议约定配置的WiFi 热点信息一致，启动手机WiFi热点。

图4 建立WiFi无线连接流程图

车载服务器端启动自动搜索智能手机WiFi热点功能（见图5b），车载服务器软件判断车载主机是否搜索到约定名称的手机WiFi热点，若搜索到，车载主机以协议约定的加密方式和密码进行连接，手机与车载主机软件提示连接成功。

3.2 鼠标点击事件监控

无线连接成功后，手机客户端通过API接口函数获取手机屏幕大小，发送给车载主机服务器软件，车载主机服务器软件接收智能手机屏幕像素大小数据并进行预设置。车机服务器软件启动鼠标钩子（Mouse HOOK），监控用户的屏幕触摸操作，将鼠标事件（WM_ LBUTTONDOWN，WM_LBUTTONUP，WM_ MOUSEMOVE）和根据手机屏幕大小计算后的坐标发送到手机客户端；手机客户端根据这些数据同步模拟手机屏幕的鼠标事件。这样，就实现了在车载主机屏幕上进行点击，远程操作手机应用的功能。

由于车载主机一般都是宽屏幕的，例如800×480像素，智能手机以横屏状态投影到车载主机的效果比较好（见图6）。横屏状态投影方式的算法参数说明如下：X为车载主机屏幕点的x坐标；Y为车载主机屏幕点的y坐标；Width为车载主机屏幕触摸区宽度；Height为车载主机屏幕触摸区高度；PhoneW为智能手机屏幕触摸区宽度；PhoneH为智能手机屏幕触摸区高度。

需要发给手机的点的 x坐标算法：float rx =(float)Y/ (float)Height*(float)PhoneH；需要发给手机的点的 y坐标算法：float ry = (float)X/ (float)Width*(float)PhoneW。制定相应的通讯协议，车载主机服务器程序将鼠标事件和坐标数据按照协议进行数据打包，发送给智能手机客户端程序，智能手机客户端程序模拟对应的鼠标事件，实现对智能手机的应用程序操作。