基于DS90UB949A的车载大屏测试系统

收稿日期：2024-05-07

作者简介

胡孙杰（1986—），男，工程师，从事汽车开关、面板、控制器及其配套工具台架开发。

【摘 要】文章首先阐述以DS90UB949A作为核心的HDMI转FPD-LinkIII视频传输原理，以及IIC远程透传功能的原理，最后详细介绍STM32F407单片机实现USB通信控制、IIC工作模式及数据配置、EDID参数设置、DS90UB949A工作模式配置和IIC透传触摸报点等功能。

【关键词】STM32；单片机；FPD-Link；车载大屏；测试

中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1003-8639（ 2024 ）07-0071-03

Vehicle Large Screen Test System Based on DS90UB949A

HU Sunjie

（Zhejiang Changjiang Automotive Electronics Co.，Ltd.，Wenzhou 325000，China）

【Abstract】This paper firstly describes the principle of HDMI to FPD-LinkIII video transmission based on DS90UB949A as the core，and the principle of IIC remote transparent transmission function. Finally，it introduces the USB communication control realized by STM32F407 microcontroller in detail. The functions of IIC working mode and data configuration，EDID parameter setting，DS90UB949A working mode configuration and IIC transparent touch signal are realized.

【Key words】STM32；single-chip computer；FPD-Link；car large screen；test

1 引言

随着汽车技术的不断发展，以前的汽车三大件发动机、底盘和变速器渐渐失去了消费者的关注，自从特斯拉把大屏带上车开始，短短数年时间，车载大屏的尺寸已经从10寸发展到了20寸甚至更高，7座SUV甚至可以实现人均一个屏。车载大屏一般都是通过车机将视频流通过串行器编码，再传输至屏端，进行解码再输出显示。

由于车载主机成本高，调试使用不方便，不适用于车载大屏的开发过程中的测试验证，因此开发一款低成本、调试方便的车载大屏测试工具用于车载大屏开发、生产等环节的验证。本文介绍一款基于DS90UB949A的车载大屏FPD-LinkIII方案测试工具原理。

2  设计方案

通过电脑HDMI输出视频信号给DS90UB949A，DS90UB949A将视频流编码通过FPD-LinkIII输出给车载大屏的解串器，同时通过STM32F407的USB接口接收上位机控制软件下发的控制指令，再通过IIC接口转发设置串行器或者透传至解串器，实现对大屏的配置、系统参数读取以及触摸信号获取，并把通信Log上传至上位机界面显示分析，最终完成对大屏的功能测试。

系统设计框图如图1所示。本系统采用STM32F407单片机实现系统控制，包括USB通信控制、DS90UB949A配置和IIC透传等功能。

DS90UB949A是一款HDMI（3个TMDS数据通道+1个TMDS时钟）转FPD-LinkIII桥接器件。支持高达210MHz的TMDS时钟，支持2K（2800×1080）分辨率（24位色深）。该设备传输一个35位的符号，在单个串行上高达3.675Gb/s。串行流包含嵌入式时钟、视频控制信号、RGB视频数据和音频数据。同时DS90UB949A序列化器和配套的反序列化器可以包含一个IIC兼容的接口。此IIC兼容接口支持从本地主机对序列化器或反序列化器设备进行编程控制。

2.1 视频信号传输链路

视频通过HDMI输入，可通过经济高效的50Ω单端同轴电缆或100Ω差分屏蔽双绞线（STP）和屏蔽4路绞线（STQ）电缆提供单通道或双通道高速串行流。可对HDMI v1.4b输入进行序列化，从而支持高达2K的视频分辨率和24位色深。视频传输链路如图2所示。

2.2 GPIO透传

可通过MCU控制DS90UB949A序列化器及DS90UB948反序列化器寄存器来开启GPIO透传功能，同时设置I/O正向通道（输出）或反向通道（输入）模式实现IO透传功能，图3为IO透传链路示意图。

2.3 IIC透传

DS90UB949A具有高达1Mb/s快速模式增强版的IIC（主/从）总线。通过双向控制通道与IIC总线上的远程设备通信，IIC主机控制器须支持时钟拉伸。在这个阶段，控制通道被嵌入到链路上，然后数据被嵌入在远程总线上重建；从设备不控制时钟，只是延长它直到远程外围设备响应，IIC总线链路示意如图4所示。

通过IIC透传功能，车载大屏测试系统可实现屏端MCU的通信控制、诊断读取、远程程序升级、触摸信号读取报点和触摸配置升级等一系列功能，从而使系统更加简单，节约成本。

3 硬件设计

系统的硬件电路包括电源供电模块、DS90UB949A视频信号编码模块、USB通信和单片机系统等。

3.1 电源供电模块

测试工具供电方式可选外部电源或USB供电两种方式，外部电源输入DC12～24V。单片机工作电压为3.3V，DS90UB949A则需要1.1V、1.8V、3.3V3种电源，因此外部电源输入后通过LMR14020SQDDARQ1芯片DC-DC电源模块转换成5V输出与USB供电5V并联。DC-DC及USB电源输入模块如图5所示。TPS767D318PWR输入5V输出2路分别为1.8V、3.3V，给单片机及串行器供电。1.8V及3.3V电源供电模块如图6所示。

3.2 单片机最小系统

本系统采用STM32F407通过USB与PC上位机通信，通过IIC实现配置串行器与解串器。单片机最小系统包括上电复位电路、编程口、晶振和单片机等。单片机采用3.3V低电压电源供电可显著降低系统功耗。

3.3 HDMI视频信号输入电路

HDMI视频接口电路如图7所示，包含3通道TMDS数据、1通道TMDS时钟、HPD热插拔信号和IIC通信总线等。当EDID改变时，单片机通过Q5下拉HPD热插拔信号实现HDMI重连无需重新插拔HDMI线进行视频信号的输出切换。

3.4 DS90UB949A串行器电路

DS90UB949A接收HDMI输入的视频流转换成FPD-LinkIII信号，DS90UB949A电路如图8所示，包括与MUC通信的IIC通信接口及HDMI接口。

4 软件设计

系统软件设计包括ST32F407的单片机设计以及上位机设计两部分，单片机通过USB口与上位机通信，实现系统设置及数据通信功能。

4.1 单片机程序设计

单片机主程序流程图如图9所示。首先配置系统参数，将系统信息、USB模块、IIC模块、外部中断、PWM、ADC模块和系统时间戳定时器模块进行初始化，启动看门狗模块。然后进入主程序，循环读取USB指令执行命令，看门狗喂狗，检测外部中断读取远程触摸报点信息。

4.2 上位机软件设计

上位机控制软件通过USB接口实现对显示屏参数EDID的设置、IIC工作模式频率设置、IO端口状态设置、底层固件版本读取刷新和IIC数据读写。读取触摸坐标，实现描点投屏、测试画面切换和IIC通信报文Log显示功能。上位机界面如图10所示。

5 总结

本系统采用DS90UB949A实现对HDMI视频信号输入转换FPD-LinkIII输出，区别于车机主机固定的视频参数输出，此系统借助PC电脑显卡灵活及强大的视频输出能力，可通过USB接口更改EDID参数实现不同项目显示屏的适配，同时通过DS90UB949A的IIC透传功能可以灵活地将远程触摸信号通过STM32F407单片机读取后转发至上位机，上位机在对应的坐标处描点后再通过HDMI投屏至车载大屏实现触摸功能交互，从而实现触摸功能测试，并实时记录测试过程中所有Log，方便开发测试过程中对产品问题的排查分析。本系统只需USB+HDMI线连接电脑即可工作，操作简单方便。

（编辑 杨凯麟）