前言

汽车电子（Cartronics）是一块蓬勃成长的新兴应用领域，它涵盖四大部分，即车体（Car body），包括灯控、CAN／LIN节点、电动窗、后照镜、仪表板、倒车雷达系统等等；传动系统（Power train），包括适应性定速系统（Adaptive Cruise Control, ACC）、引擎控制、喷射系统（injection）、充电（Charging）、GDI等等；安全系统（Safety）则包括雷达碰撞预防系统（Pre-crash）、安全气囊（Airbag）、防死锁剎车系统（ABS）、电子助力转向系统（EPS）等等；另外则是车载资通娱乐系统，它包括DVD、CD、MP3和数字电视、广播等多媒体设备，以及行动通讯和GPS定位导航装置等等。详细如(图一)所示。

《图一 车载系统中的四大组成单元及相关装置 》 - BigPic:794x543 数据源：ST

车载系统中的四大组成单元及相关装置

Telematics的产品定位

再进一步来看Telematics的产品定位，可以分为可携式设备（Portable Device）和车装式设备（In-vehicle）两种，这两类设备又可依是否具备对外的通讯功能，再将Telematics的市场区隔分为四大块，如(图二)所示。

《图二 Telematics四大产品区块 》 数据源：ST

Telematics四大产品区块

独立式的设备，包括只具备单向接收及播放功能的可携式导航设备（Portable Navigation Device；PND）、影音媒体（CD／MP3／DVD）播放器或PDA等，以及具备GPS/LBS互动通讯功能的手机，皆可在消费性3C电子市场买到，消费者的选择性极多，也能随时更换。独立式的车装式设备又可分后装市场（Aftermarket）型和内建式（built-in）两种，前者可以在汽车产品的零售通路购得，内建式则是随车出厂，对于产品可靠性（Reliability）的要求最高。

上述的三大市场区块，跳脱不了我们所熟知的GPS、数字／模拟收音及电视广播，以及DVD／VCD／CD／MP3的影音播放等应用，除了GPS的导航定位功能外，其他功能其实属于行车的加值性选项，与行车驾驶本身的链接并不如车体、传动及安全等系统那般的密切。不过，当Telematics意指定位、语音及数据通讯，甚至是与车载监控感测系统的整合应用时，其重要性与发展潜力就大大的提升了。

当GPS与广域无线通信技术（如GPRS／3G或WiMAX）整合时，定位数据让车厂能追踪汽车的位置，进而能提供道路救援、失车找回等服务，包括裕隆的TOBE汽车行动秘书、北美GM的OnStar，以及Toyota、Honda、Nissan等日本车系都有类似的服务；当车载的各式感测系统与DSRC（Dedicated Short Range Communications）、蓝芽、红外线等短距离无线通信技术整合时，则可以提供道路收费、自动碰撞警告等功能。

当车载监控系统能将汽车内的机械及电子组件运作状况远距传回给车厂时，则可提供远程诊断（Remote Diagnosis）服务；保险公司甚至可以依据对驾驶行为的实时或脱机监控纪录（如飞机的汽车黑盒子）来判断该支付何种等级的保险费用。当然，车主也能从远程获得辅助的行车信息，如交通状况信息或车厂进行远程诊断后的车况报告等。

另一个备受注目的应用则与紧急救难有关。在欧盟的eCall计划中，预定在2009年9月以后，全部的新车都要具有eCall的配备，此配备将结合碰撞侦测、GPS和行动通讯三大功能，在第一时间自动向泛欧统一的紧急电话号码112进行通报，除了车辆地理位置之外，eCall还设定可传送数据数据，以语音和信息双重管道让112接线人员来判定合适的救援方式。

多媒体影音娱乐

虽然影音娱乐系统与行车操控似乎并无直接的关系，但它却是长途旅程中不可或缺的消遣，也有助于驾驶人放松心情；不过，如果影视节目过于吸引驾驶人而造成分心，当然也会适得其反影响行车安全。总之，车载环境中的多媒体娱乐系统也愈来愈受重视，不仅强调提供更多元的视听功能，而且更加重视影音节目的播放质量。

在车用音频传输方面，目前全球存在多种模拟与数字的规格，模拟方面包括既有的AM及FM频道，以及美国的天气频道（weather band）；数字方面又可分为地面广播，包括DAB／DMB、Digital Radio Mondiale（DRM）、HD Radio，以及卫星广播，包括XM Radio、Sirius和WorldSpace。其中数字音频传输让基地台能更有效的利用频谱、接收性能也能提升，也更容易使用，而且除了声音的传送外，它也能同时传送影像与数据服务，因此会是汽车娱乐的重要应用趋势。

在视讯方面，目前有愈来愈多的汽车内置显示屏幕，以用来播放DVD、VCD或DVB-T数字广播电视。此外，为降低功耗而开发的行动电视（mobile TV）规格也极适用于车载广播应用，目前全球发展中的主要规格为DVB-H及T-DMB等，以德国在2006年6月率先建置的车载行动电视系统为例，它采用T-DMB规格，除了功耗极低外，即使在时速200公里的速度下，也能正常的运作。

以上这些Telematics的应用都有极大的成长驱动力，一方面是具有实用性、便利性或娱乐性，另一方面则是能让广大的产业链从中获利。除了产品制造及加值应用软件业者外，在通讯方面，电信系统业者能够从中收取网络接取费用；车厂可以收取额外的追踪定位、远程诊断及紧急救援等监控服务费用；LBS及影音内容业者则能从有价的服务中来获取收益。

Telematics平台与系统规划

在此且不论独立式的通讯、导航或播放器装置，因这属于3C市场的领域。这里要剖析的是车装嵌入式Telematics设备的系统架构。从功能面来看，今日这类设备的基本需求是具备GPS、音频、语音、影像等功能，而且能提供无线联机的能力，以及能提供语音及数据等加值服务。

所以，车载Telematics设备的规格需求上，必须要能支持GPS定位导航功能、更佳的影像分辨率、音效质量、多重的影音媒体格式、多种无线通信技术，以及多样化的广播影音播放功能等。这么庞杂的功能对系统规划来说自然是很大的挑战，嵌入式系统不可能采用PC式的强大处理器及开放架构作法，因此必须采用一套专属性的软硬件平台来满足这些需求。

Telematics系统平台在硬件部分的核心由应用处理器（Application processor）和GPS接收器芯片所组成，以ST平台中的多核心处理器来说，即采用分布式处理架构，透过音频及视讯加速器来分担主处理器（ARM9）的工作，此外，3D绘图加速器则有助于3D地图的绘制。如(图三)所示。

《图三 Telematics平台架构示意图 》 数据源：ST

Telematics平台架构示意图

此外，Telematics硬件平台必须支持包括硬盘（HDD）、DVD播放器等广泛的外围接口，以延伸此平台的功能。其中CAN总线是与车载系统中其他单元链接的重要接口，因此Telematics装置往往也需内建CAN Bus控制器；MOST则是因应车用影音多媒体而出现的新高速总线规格。在无线链接上，蓝牙是免持听筒功能、自主式导航及远程诊断功能的主流选择技术；在电子收费系统方面，则需支持DSRC及高阶数据链接控制（High level Datalink Control）等功能。

软件功能也是决定Telematics设备好坏的一大关键，首先是操作系统的选择，由于是车载嵌入式系统，车厂对内装设备的可靠性要求远高于3C设备，一般的操作系统难以满足车载系统中震动、使用寿命长的条件，因此Telematics软件平台往往会选用专属性的RTOS嵌入式操作系统，例如Wind River的VxWorks、QNX Software的QNX及Acclerated Technology的Nucleus Plus。

在操作系统之上则是中间件（Middleware）和应用软件，好的中间件能加速对特定功能的开发时程，也能扩展应用上的功能，例如加速DVB-H行动电视的电子选单功能建置。Telematics的重要应用软件则包括A-GPS、方位推估（Dead Reckoning, DR）、LBS位置服务、远程诊断等加值应用功能。

GPS接收器无疑是Telematics平台中的一项核心单元，其效能指针为准确性（Position accuracy）、灵敏度（Sensitivity）、第一次定位时间（Time to first fix；TTFF）及信道数量（channel number），其组成架构则包括天线、接收器（RF射频及baseband基频）和驱动软件。

在GPS装置中，1575.42 MHz的L1卫星讯号经天线接收及RF前端转换为数字讯号后，会经由相关器（correlator）来比对撷取到的卫星编号，再透过ARM处理器来运算得出位置信息，此一数据信息会再送到系统的主处理器端，进一步与GIS地图引擎整合以显示所在街道位置，或透过无线通信接口传出位置信息，让远程的服务器能提供进一步的位置相关服务。

《图四 GPS接收器硬件组成架构示意图 》 数据源：ST

GPS接收器硬件组成架构示意图

今日GPS接收器的功能不断提升，以相关器的信道数量为例，已从标准的12 channels，提升到16 channels，甚至是32 channels，这有助于灵敏度的提升及缩短TTFF时间；在接收器中的ARM核心也从ARM7朝ARM9的世代进展。此外，为因应欧盟预定2008年开始部分试用Galileo卫星系统，GPS与Galileo并存、甚至共同工作的双工模式，也是接收器功能的重要发展趋势。

针对弹性（flexibility）、成本（cost）和效能（performance）的需求不同，GPS接收器的设计策略也会不同。若强调的是弹性功能，系统业者最好选择射频与基频独立的双芯片模式，在内存方面则以Flash-based的作法为佳，并注意组件厂商是否提供DR、A-GPS、蓝芽等加值性应用功能。

以ST的产品为例，强调弹性化的整套解决方案，整合32位微处理器ARM7TDMI和一个嵌入式闪存（embedded flash），并能广泛支持CAN、SPI、UART、I2C、USB等接口，以及RTCA-SC159／WAAS／EGNOS等GPS系统。此外，ST的产品更拥有外接内存接口，可以作为远程信息处理服务平台，允许免黏接逻辑（glueless）而与GSM/GPRS模块、芯片卡、音频功能DSP等外部装置相连，非常适用于汽车领域，如(图五)所示。

《图五 具弹性的GPS接收器架构》

另一款ST的产品能将基频与射频功能整合于小型的QFN-68封装之中，由于只需要用到少数的外部组件，因此能节省成本，产品设计更为轻薄短小，并具低功耗优势。此外在基频部分采用ARM7TDMI为核心，频率可高达66MHz；在射频部分为主动天线系统，含有易与被动天线连接的接口。

多媒体功能

Telematics／Infotainment在多媒体的支持能力上，一方面是必须支持广泛的影音格式，如音效上的MP3、AAC、WMA、AMR、MIDI等；视讯上有MPEG-2、MPEG-4、H.264、VC-1等；图像上有JPEG、JPEG2000；动画上有2D、3D、SVG等。此外，应用处理器还得提供弹性的输出画质，如QCIF、QVGA、VGA、WVGA或HD画质。

在电视及音频传输的收视、收听上，因汽车处于高速移动中，且经常会行经讯号微弱或干扰强烈的地方，因此车载广播系统需采用高阶的数字处理技术来提升收讯的质量。由于全球具有多种模拟（AM／FM和美国天气频道）及数字音频传输（DAB、DRM、HD Radio）服务，国际性的车厂往往会得广泛支持这些规格。除了音频讯号处理功能外，由于对RDS（Radio Data System）管理的支持是今日汽车音频传输必须具备的功能。

前瞻性功能

在车载Telematics应用中，仍有不少在发展中的前瞻性技术，其中辅助GPS的DR功能及感测警示功能相当值得重视。当汽车开入隧道等收不到卫星讯号的地方时，DR功能可以延续一段时间的方位推估，让GPS装置的导航定位功能不致于中断。DR的建置上必须与陀螺仪（Gyrometer）及里程计（Odometer）或3D加速计整合，以推算出汽车的行进距离与方向，再进一步推算出汽车移动的轨迹，请参考(图六)。在短距离内，DR系统所提供的数据比GPS的信号来得准确，因此可作为短距离内的汽车定位误差修正辅助，不过，当时间增加时，误差累积效应会愈来愈大，导航的精确度就会大幅下降。

《图六 DR与GPS接收器整合电路架构 》 数据源：ST

DR与GPS接收器整合电路架构它能同时对车道、车辆、街道、交通号志及行人进行侦测，即使在夜间仍能辨识；在进行正确的感测辨识后，透过相关程序的处理判断，这个视觉芯片系统产品能提供智能前车灯控制、驾驶辅助与主动式安全技术的道路偏离警告、前端碰撞警告等功能，如(图七)所示。

《图七 ST与Mobileye共同开发的视觉芯片系统 》 数据源：ST

结论

ST与Mobileye共同开发的视觉芯片系统

若就DVD／CD播放或广播收讯来说，Telematics的这些功能并无太大的特别之处，但由于车载环境属于高可靠性诉求的嵌入式系统环境，因此会对软、硬件组件及系统有高规格的要求，此外，供货商也得承诺提供长期且稳定的供货，才有可能取得Automotive Qualified的资格。

当Telematics的功能进入GPS、通讯与感测监视系统的整合阶段，则为行车提供了崭新的服务。这些服务包括LBS、自动收费、远程诊断、紧急救援、保险分级等等。这些服务让涵盖设备、电信、车厂和内容服务业者能从中受惠，但也考验了产业链的整合建置能力。

最后，以芯片厂商的角度，必须为设备业者及车厂提供符合汽车产业的平台、组件及参考设计方案。一个完善且弹性的平台，有助于业者依自己的需求进行客制化；并且，配套的外围组件及加值软件的供应，则能进一步加速产品设计的时程，进而推出具市场区隔性的优化产品。

（作者为意法半导体STelectronics大中华区汽车广播及多媒体部门技术营销经理）