車載主機與智能手機互動系統設計*

曾昭德 洪曉斌

（1.廣東好幫手電子科技股份有限公司 2.華南理工大學機械與汽車工程學院）

0 引言

近年來，智能手機的發展已在很多方面領先于車載主機，尤其是多媒體和移動網絡方面。例如，用戶可以方便地在線升級智能手機的電子地圖，安裝第三方軟件擴展功能，還可以方便地更新和播放手機的音樂、視頻和照片等。但智能手機不能完全替代車載主機，因為智能手機不能與汽車總線、音響等實現穩定地連接和控制，也不具備安全輔助駕駛、汽車故障診斷等功能。因此，行業已開始研究將智能手機與車載主機連接起來，在車載主機顯示手機的屏幕。用戶通過手機屏幕的操作，運行手機上的應用程序，對于與汽車總線和傳感器相關的行車安全、輔助駕駛等功能，由車載主機結合傳感器和總線控制等實現。

MirrorLink是由國際性知名手機廠商和汽車制造商聯合發起建立的一種“車聯網”標準，目的是通過跨產業合作打造無縫隙的車內通訊環境，讓智能手機、平板電腦、電子書等各式移動終端都能通過該標準，快捷地與車載信息娛樂系統互聯使用，為用戶提供最簡單和直接的體驗。MirrorLink已成為2012年值得關注的十大新技術[1]。但MirrorLink協議目前在手機行業中沒完全普及，許多手機還不支持該協議。

本系統的設計目的是為了兼容更多的手機，實現不支持MirrorLink協議但提供移動終端高清影音標準接口（mobile high-definition link，MHL）[2]或者高清晰度多媒體接口（high definition multimedia interface，HDMI）的智能手機與車載主機的連接，在車載主機顯示手機屏幕和播放聲音；同時實現用戶通過車載主機屏幕操作手機的應用。

隨著車載主機和智能手機采用雙核、四核CPU，1G、2G內存，整機性能不斷增強，車載主機和智能手機的多屏互動效果也將越來越流暢。在多屏互聯互通應用中[3]，MHL技術作為一種連接便攜式消費電子裝置的影音標準接口[4]，音視頻轉換模塊通過MHL_HDMI橋接集成電路，把未經壓縮的MHL視頻信號轉換成標準HDMI兼容信號，其輸出畫面理論可達1080p（目前主流支持到720p/1080i）。音視頻轉換模塊把標準 HDMI兼容信號再轉換成 CVBS（VGA或RGB）格式的視頻流和L/R音頻流，傳輸到車載主機。

支持MHL/HDMI方式的手機[5]不斷增加，例如：三星的 I9250（Galaxy Nexus），I9220（Galaxy Note），I9100 Galaxy SII，Galaxy SII LTE，移動版I9108，電信版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 系統組成

智能手機與車載主機互動系統由智能手機（客戶端軟件）、音視頻轉換模塊和車載主機（服務端軟件）組成，如圖1所示。智能手機音頻/視頻通過MHL或者HDMI接口輸出，經過轉換后在車載主機顯示手機屏幕和播放聲音；智能手機與車載主機通過藍牙或者WiFi連接和通訊，由車載主機上監控鼠標事件的服務器程序，將用戶在車載主機屏幕上的觸摸事件和坐標發送給手機客戶端，客戶端模擬對應的鼠標事件，實現用戶通過車載主機屏幕操作手機的應用。

圖1 系統組成

該系統成本低，操作方便。對于車主，智能手機和車載主機都已有，無需另外購買，升級本系統方案只需增加音視頻轉換模塊。

2 轉換模塊設計

轉換模塊結構如圖2 所示。智能手機的音視頻數據輸出接口與音視頻轉換模塊的輸入接口連接，如果智能手機的輸出是MHL信號，則音視頻轉換模塊先把MHL格式的信號轉換為HDMI格式。音視頻轉換模塊將 HDMI格式的音視頻信號轉換為CVBS/VGA/RGB格式的視頻信號和L/R音頻信號。將CVBS/VGA/RGB格式的視頻信號輸出到車載主機CVBS/VGA/RGB視頻輸入接口，將音頻信號輸出到車載主機L/R音頻輸入接口。

圖2 轉換模塊結構

轉換模塊采用龍訊科技的 LT8612芯片，通過MICRO USB接口的MHL線和手機連接（如圖3 所示）。轉換模塊支持MHL1.2和HDMI1.4協議，480p或480i的視頻直接輸出到主機的IPOD接口，音頻通過DAC芯片PCM5100后輸出到主機。

圖3 MICRO USB接口轉MHL

音視頻轉換模塊將智能手機的屏幕界面和音頻數據，分別以視頻流和音頻流的方式傳輸給車載主機；車載主機的觸摸屏顯示智能手機的屏幕界面，與車載主機連接的音響設備播放音頻數據。

3 功能實現

3.1 WiFi設置與連接

WiFi一直被視為通信網絡的有效補充，大多數智能手機已具備這一功能。如果車主用戶選擇 WiFi方式，車載主機通過WiFi網卡連接智能手機的WiFi熱點，車載主機服務器軟件通過SOCKET方式與智能手機客戶端軟件進行數據交換[5]。車載主機與智能手機客戶端通過WiFi方式建立無線連接過程如圖4所示。智能手機客戶端軟件啟動后，先按照協議約定，設置手機 WiFi熱點的服務集標識（service set identifier，SSID）的名稱、加密方式和密碼（見圖5a）。智能手機客戶端軟件判斷WiFi模塊是否處于上網狀態，由于WiFi模塊的上網功能與熱點功能是互斥的，所以智能手機客戶端軟件首先通過手機系統提供的API接口調用isWiFiEnabled()方法判斷WiFi模塊是否處于上網狀態，若是，則通過手機系統提供的 API接口調用setWiFiEnabled(false)方法關閉WiFi模塊的上網功能。在確認WiFi模塊的上網功能處于關閉狀態后，智能手機客戶端軟件調用 API接口函數getWiFiApConfiguration()獲取手機 WiFi熱點的原始信息，包括原始 SSID、加密方式、密碼等，將手機WiFi熱點的原始信息與協議約定配置的SSID、加密方式、密碼信息進行比較。如果不一致，則通過調用setWiFiApConfiguration()對手機 WiFi熱點的原始信息進行修改，使其與協議約定配置的WiFi 熱點信息一致，啟動手機WiFi熱點。

圖4 建立WiFi無線連接流程圖

車載服務器端啟動自動搜索智能手機WiFi熱點功能（見圖5b），車載服務器軟件判斷車載主機是否搜索到約定名稱的手機WiFi熱點，若搜索到，車載主機以協議約定的加密方式和密碼進行連接，手機與車載主機軟件提示連接成功。

3.2 鼠標點擊事件監控

無線連接成功后，手機客戶端通過API接口函數獲取手機屏幕大小，發送給車載主機服務器軟件，車載主機服務器軟件接收智能手機屏幕像素大小數據并進行預設置。車機服務器軟件啟動鼠標鉤子（Mouse HOOK），監控用戶的屏幕觸摸操作，將鼠標事件（WM_ LBUTTONDOWN，WM_LBUTTONUP，WM_ MOUSEMOVE）和根據手機屏幕大小計算后的坐標發送到手機客戶端；手機客戶端根據這些數據同步模擬手機屏幕的鼠標事件。這樣，就實現了在車載主機屏幕上進行點擊，遠程操作手機應用的功能。

由于車載主機一般都是寬屏幕的，例如800×480像素，智能手機以橫屏狀態投影到車載主機的效果比較好（見圖6）。橫屏狀態投影方式的算法參數說明如下：X為車載主機屏幕點的x坐標；Y為車載主機屏幕點的y坐標；Width為車載主機屏幕觸摸區寬度；Height為車載主機屏幕觸摸區高度；PhoneW為智能手機屏幕觸摸區寬度；PhoneH為智能手機屏幕觸摸區高度。

需要發給手機的點的 x坐標算法：float rx =(float)Y/ (float)Height*(float)PhoneH；需要發給手機的點的 y坐標算法：float ry = (float)X/ (float)Width*(float)PhoneW。制定相應的通訊協議，車載主機服務器程序將鼠標事件和坐標數據按照協議進行數據打包，發送給智能手機客戶端程序，智能手機客戶端程序模擬對應的鼠標事件，實現對智能手機的應用程序操作。

圖6 手機橫屏投影到車載主機

3.3 功能按鈕

為了更方便操作，在車載主機的控制面板上設置3個按鍵，模擬智能手機的“返回”按鍵Black，“主頁”按鍵 Home，以及“菜單”按鍵 Menu。按鍵操作由Down和Up兩條指令組合完成，在協議中，指令用1位字節進行區別。

4 結束語

本文給出了一種智能手機與車載主機的互動方法。本系統的方案兼容性強，能夠適配多種型號的智能手機，促進了車載電子多屏互動和TeleMatics的發展。

[1]張元文,陳瑋.車載系統 MirrorLink方案的研究[J].信息技術,2013(2):55-58.

[2]Silicon Image 推出新型移動高清連接技術[J].世界電子元器件,2008(2):23.

[3]張健偉,潘夢鷂,劉桂雄.基于GFSIN的車載式智能加速度傳感單元的設計[J].自動化與信息工程,2009,30(4):21-24.

[4]郭勇.移動設備新看點MHL技術能否引發視頻接口變革[J].電腦迷,2012(10):41.

[5]張慶.基于MHL技術的畫中畫顯示及鍵鼠控制系統研究[C].第二十六屆中國（天津）2012 IT、網絡、信息技術、電子、儀器儀表創新學術會議:170-173.