【摘 要】 在万物互联的时代背景下，汽车与手机的联动愈发迫切且重要。目前，声音交互模式已发展成熟，在乘用车市场得到了广泛应用，然而视频与画面的交互方式却成了近年来影响客户智能座舱体验的关键痛点。基于此，文章依据用户场景，提出一种针对手机到智能座舱视频交互功能的核心板硬件设计方案。该方案以SUN⁃PLUS SPHE8368-U芯片以及蓝牙/无线模组为核心组件，能够实现接收并处理手机视频数据，随后将其传输至由底板驱动的座舱屏幕，最终达成手机到座舱屏投屏的系统设计，为提升智能座舱用户体验开拓了新途径。
0 前言
随着汽车新四化的深入发展，消费者对智能座舱的期望不断攀升。整车车企与供应商也在持续推出新颖功能和先进技术。智能座舱域控制器在车载娱乐系统 （IVI） 基础上，整合多个独立控制单元。伴随图形处理半导体性能提升与 HMI 交互技术的发展，智能座舱的视频交互功能成为必然趋势。本文将介绍一种手机与智能座舱视频交互的硬件系统架构与设计方案，核心功能是实现手机视频及画面内容投屏至座舱中控屏。
1 手机与智能座舱的硬件交互架构
本硬件方案在传统智能座舱域控制器基础上，搭载一块手机视频交互核心板。该核心板配备一颗专门处理手机数据的 SOC，与智能座舱底板 SOC 构成双 SOC 架构。核心板通过蓝牙/无线方式接收视频/画面数据，经处理后通过数据线将数据传输给座舱底板，再由底板连接的中控屏实时显示手机内容。
手机与座舱视频交互适用于多种用户场景。首先，导航和娱乐是主要应用场景。通过车机与手机连接，用户能在车载屏幕上直接操作手机应用，如用手机地图导航或观看视频，显著提升便捷性与安全性。
其次，办公和生产力工具也是重要场景。用户在停车场或休息区泊车时，可在车载屏幕上处理工作邮件、浏览文档、使用办公软件等，提高工作效率与座舱屏幕利用率。
此外，安全辅助功能不可或缺。车机与手机连接可实现更多安全功能，如利用手机摄像头进行盲区监测、借助手机 GPS 地图精准定位等，增强行车安全性。
2 系统功能概述
搭载手机视频交互核心板的座舱系统具有以下主要功能。
1） 屏幕镜像：可以将手机屏幕实时投屏到智能座舱显示屏上，支持 iOS 和 Android 等主流手机系统提供高清画质和流畅的视觉体验。
2） 应用控制：可以在智能座舱屏幕上直接操控手机上的应用程序，支持导航、音乐、视频等常用应用，提供大屏幕的操控便利性。
3） 核 心 板 主 要 资 源 如 下 ： SOC 为 SUNPLUS8368U，系统软件为 Linux；具备无线通信功能，蓝牙 V4.2/5.3，WIFI 2.4GHz/5GHz；支持 2 路 USB2.0；支持 2 路音频 DAC 通道模拟输出，可当作一组双声道模拟音频输出；支持 1 路 MIC 音频输入专用，通道最大可以提供 40dB 模拟增益；支持二选一的模拟 CVBS 输入；适当引出 I2C 与 GPIO 功能。
3 硬件方案
硬件方案示意如图 1 所示。本系统硬件设计基于 SUNPLUS SPHE8368-U 的车载信息娱乐应用核心板，整板装载 V2.0 无线+蓝牙模组，并通过插针连接方式引出音频、摄像头、麦克风、USB 等接口。这种核心板设计使功能可移植，用户二次开发时仅需关注上层应用，降低开发难度与时间成本，便于快速进行产品方案评估与技术预研。
SUNPLUS SPHE8368-U （简称 8368U） 是一款基于 ARM Cortex-A7 的高度集成的车载信息娱乐应用芯片系统。8368U 支持 USB 光驱和 AV 数据处理后 端 ， 可 以 支 持 DVD 和 CD 播 放 。 其 特 点 是MPEG1 /MPEG2/MPEG4-SP/H.264 视频解码器，可以 解 码 全 高 清 视 频 流 。 SPHE8368-U SIP 集 成 了1Gb 的 DDR2， 采 用 先 进 的 硅 工 艺 ， 提 供 更 高 的CPU 性能和更多的 DRAM 带宽。此 SOC 还包括一个强大的音频数字信号处理器，可以完全支持各种声音效果。SPHE8368-U 凭借其先进的技术和丰富的功能，已成为下一代具有成本效益的车载信息娱乐系统的核心。
该系统设计难点之一在于以手机视频交互功能为核心，充分考虑用户应用场景，结合两颗 SOC 的硬件资源，梳理划分核心板的功能责任。
3.1 手机交互部分
手机与座舱的交互通过蓝牙/无线模组实现。该 模 组 高 度 集 成 蓝 牙 控 制 器 、 多 种 数 据 接 口 、WLAN 基带和射频芯片，能满足高吞吐量数据流，尤其适用于物联网设备场景。
对于模组与 8368U 的通信，蓝牙语音交互通过模组 PCM 传输至 8368U，蓝牙数据通过 UART 接口传输，无线数据通过 SDIO 接口传输。对于模组与移动设备的通信，设计时建议蓝牙与 WiFi 使用独立外置天线，避免共用天线产生同频干扰。
1） WiFi 联网的信息交互。在 AP 模式下，车内人员视角中，智能座舱作为 Wifi 热点，由车内移动设备连接智能座舱实现局域互联。从产品视角看，是无线模组分配 IP 地址，并提供 DHCP （动态主机配置协议服务器） 和 DNS （域名服务器） 服务，实现核心板获取手机屏幕内容，再通过 USB 传输到座舱底板，最终投屏到座舱屏。在 STA 模式下，车内人员视角里，智能座舱作为 WiFi 终端，由智能座舱连接移动设备，进而访问互联网，实现汽车屏幕操作的上网服务。WiFi 连接可实现更高速率数据传输，让用户在车内享受更流畅的在线服务。
2） 两颗 SOC WiFi 连接的状态交互。8368U 将WiFi 连接信息上报给 IMX.8，并将 IMX.8 界面的回控命令传递给 WiFi 交互模块。
3.2 手机与座舱的视频流传输
视频数据通过 USB 由核心板传输至智能座舱底板 IMX.8，采用 NCM 模式实现视频流从 8368U 的封装模块单向交互至座舱底板 IMX.8 的解封装模块。其中，编码模块可通过 CarLife App 实现图像编码，核心板通过实时传送协议传输视频码流，座舱底板接收视频码流后，由视频处理单元解码成显示数据，将手机屏幕内容投射到座舱屏上。CarLife 生态兼容性广泛，产品可支持 iOS 和 Android 两大操作系统，同时支持众多第三方应用，对国产硬件产品更具便利性。
为简化 SOUCE 切换的逻辑复杂性，压缩核心板独立承担的多媒体功能启动时间，在 USB NCM 通信模式中，采用核心板 8368U 做 HOST，底板 IMX.8做 OTG Device 的方式。
3.3 手机与座舱的音频混音设计
1） 手机视频声音接入涉及座舱底板 IMX.8 相关APP声音与8368U投屏视频声音的响应与混合方案。
2） 手机视频声音通过蓝牙模组输入至 8368U，经内置 DSP 模块处理后，由内置 Audio DAC 模拟输出通道输出声音，作为座舱扬声器音源之一。另一路音源为底板 IMX.8 所应用 APP 的声音，将两路模拟音频输出接入具有混音功能的芯片，最终输出一路叠加处理后的音频。过混音芯片独立调节两路声音的音量3） 可根据用户使用场景，在应用层程序中通 ，以捕获音频焦点。
3.4 电源设计
核心板采用两级电源结构，通过接插件由底板提供 5V 供电。第 1 级采用 DCDC 同步降压转换器，将外部 5V 直流电源降至 3.3V，再由其他 2 级电源芯片将 3.3V 进一步输出为 DDR2 Power 1.8V、CorePower 1.15V、PHY Power 3.3V。各电源需满足系统电压范围要求和 SOC 上电、掉电时序要求。
3.5 系统升级功能
虽然手机视频交互核心板功能相对固定，但考虑后期性能优化，需预留用户升级的硬件方式。一种是IMX.8向 8368U传输软件升级包，但软件方式并非绝对可靠，一旦通信传输的发送或接收模块出现问题，就会导致升级失败。本文推荐另一种硬件方式。核心板对外预留 2 路 USB 通道：USB0 在底板接TYPE A母座，用于烧写程序、升级及为外部设备预留；USB1 通过接插件/连接器连接到 IMX8 板，用于双SOC通信。对于8368U，用户升级具备独立软件升级功能，可将拷贝有升级 Bin文件的 U盘插入底板母座，配合用户界面 Set Up Menu 升级选项按钮操作，点击后即可通过 USB 对核心板进行独立升级。程序烧写完成后，完成状态通过GPIO2通知底板MCU。
4 PCB方案
本产品以核心板形式搭载在座舱底板上，在确保具备必要功能资源的前提下，成品外形需小巧精致，便于安装和底板用户应用设计。这带来 PCB 空间受限、布局紧凑的难题，同时要保证内部高速信号及射频信号通畅，需对 Layout 进行充分规划。
首先，为确保核心板尺寸小巧，根据核心板功能职责及信号完整性，划分出留在核心板上的必要电路，其余外围电路可考虑布置在底板。除 8368U与蓝牙/WiFi 模组核心部分外，梳理出核心板的必要电路：①8368U 运行所需电源电路；②存储器Flash 芯片；③初始化与刷写程序所需的上电复位芯片；④蓝牙/WiFi 模组电源电路 （考虑电源完整性与上电时序，采用独立电源）。
其次，考虑PCB的空间结构规划，规划TOP面为芯片面，BOT 面为插件面。芯片面主要布置 8368U、Flash、蓝牙/无线模组及其天线同轴连接器底座；插件面因插针有一定高度，与底板装配组装后高度空间相对充足，故布置包含电感的电源模块等。
最后，考虑固定器件与装配工序，为节省核心板元器件布局空间，采用贴片式接插件。考虑座舱底板装配精度 为确保安装后的稳定性 ，核心板贴装插针 ，在核心板四角预留贴片螺 ，底板贴装排母。母孔。先确定贴片插针的规格型号，计算出与底座装配后的高度，再据此高度选型底板的支撑螺柱型号，同时注意下方元器件的高度控制。核心板 3D模型示意图如图 2 所示。
5 结束语
本文围绕手机与智能座舱视频交互展开研究，详细阐述了相关硬件系统架构与设计方案。在汽车新四化浪潮推动下，智能座舱视频交互成为必然趋势。通过构建双 SOC 架构的硬件交互体系，借助蓝牙/无线模组实现手机与座舱多场景下的视频、音频交互。从系统功能上，实现屏幕镜像与应用控制，为用户带来便捷体验。硬件方案中，核心板基于 SUNPLUS SPHE8368-U 设计，在手机交互、视频流传输、音频混音、电源设计及系统升级等方面均有独特设计。PCB 方案则针对核心板尺寸、布局与装配进行优化，解决了空间受限等难题。此设计方案充分考量用户需求与使用场景，有效解决视频交互中的关键问题，为智能座舱技术发展提供了切实可行的路径，有望大幅提升用户体验，推动汽车智能化发展迈向新高度。
参考文献
[1] 杜巧梅，宋豆豆 . 汽车手机互联时代：“华小魅”合围汽车[N].21 世纪经济报道，2023-12-29（4）.
[2] 沈晨云 . 智能座舱 HMI 设计及评审框架介绍[J]. 汽车电器，2024 （9）：1-2.
[3] 沈晓青，尹成峰，郑强 . 关于智能座舱自动化测试系统的开发研究[J]. 汽车电器，2021 （10）：1-4.
