消費者通過移動設備、家jia用yong電dian子zi產chan品pin和he計ji算suan的de進jin步bu接jie觸chu到dao最zui新xin的de技ji術shu。現xian在zai他ta們men希xi望wang在zai汽qi車che上shang獲huo得de相xiang同tong的de用yong戶hu體ti驗yan。如ru今jin的de許xu多duo信xin息xi娛yu樂le係xi統tong都dou是shi以yi信xin息xi娛yu樂le處chu理li器qi(及既定的生態係統平台)為基礎的。雖然係統工程師通常可以重用核心係統，但將下一代技術與傳統子係統相連接依然存在著一些困難。

 

消費者通過移動設備、家jia用yong電dian子zi產chan品pin和he計ji算suan的de進jin步bu接jie觸chu到dao最zui新xin的de技ji術shu。現xian在zai他ta們men希xi望wang在zai汽qi車che上shang獲huo得de相xiang同tong的de用yong戶hu體ti驗yan。如ru今jin的de許xu多duo信xin息xi娛yu樂le係xi統tong都dou是shi以yi信xin息xi娛yu樂le處chu理li器qi（及既定的生態係統平台）為wei基ji礎chu的de。雖sui然ran係xi統tong工gong程cheng師shi通tong常chang可ke以yi重zhong用yong核he心xin係xi統tong，但dan將jiang下xia一yi代dai技ji術shu與yu傳chuan統tong子zi係xi統tong相xiang連lian接jie依yi然ran存cun在zai著zhe一yi些xie困kun難nan。隨sui著zhe係xi統tong複fu雜za性xing的de增zeng加jia，缺que乏fa通tong用yong輸shu入ru/輸出（GPIO）實現外設控製或電路板布線問題開始出現。本文重點介紹了信息娛樂和集群係統融合，以便打造集成式駕駛艙。I2C GPIO擴展器提供了一種重用現有設計的重要途徑，並且集成了新功能集來滿足消費者的需求。

 

 

信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)是(shi)信(xin)息(xi)和(he)娛(yu)樂(le)的(de)呈(cheng)現(xian)，包(bao)括(kuo)工(gong)作(zuo)和(he)娛(yu)樂(le)。如(ru)今(jin)的(de)信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)係(xi)統(tong)以(yi)內(nei)容(rong)和(he)互(hu)聯(lian)為(wei)中(zhong)心(xin)。為(wei)了(le)滿(man)足(zu)消(xiao)費(fei)者(zhe)的(de)期(qi)望(wang)
，業(ye)界(jie)致(zhi)力(li)於(yu)通(tong)過(guo)數(shu)字(zi)技(ji)術(shu)來(lai)保(bao)持(chi)駕(jia)駛(shi)員(yuan)和(he)乘(cheng)客(ke)之(zhi)間(jian)的(de)互(hu)通(tong)。雖(sui)然(ran)這(zhe)為(wei)駕(jia)駛(shi)員(yuan)帶(dai)來(lai)了(le)新(xin)的(de)幹(gan)擾(rao)，但(dan)汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)正(zheng)采(cai)取(qu)措(cuo)施(shi)來(lai)使(shi)駕(jia)駛(shi)員(yuan)將(jiang)注(zhu)意(yi)力(li)重(zhong)新(xin)集(ji)中(zhong)於(yu)道(dao)路(lu)上(shang)。

 

信xin息xi娛yu樂le子zi係xi統tong變bian得de越yue來lai越yue複fu雜za，這zhe主zhu要yao是shi因yin為wei在zai有you效xiao處chu理li這zhe些xie信xin息xi的de同tong時shi還hai需xu要yao與yu外wai界jie保bao持chi聯lian係xi。大da多duo數shu汽qi車che製zhi造zao商shang不bu想xiang對dui認ren證zheng的de係xi統tong架jia構gou進jin行xing大da幅fu改gai變bian——這些架構已通過漫長且艱巨的資格認證過程。但是，我們必須提供一種途徑來銜接現有設計
，以跟上消費者的需求。

 

幾十年來，內置的汽車立體聲或音響主機已成為信息娛樂係統的中心，用於存儲、傳送內容和處理數據
，以增強用戶體驗。隨著時間的推移，藍牙技術已融入這些音響主機中
，以幫助駕駛員專注在道路上。到2022年
，藍牙將遍及全球90%以上的車輛。近來，隨著Apple Carplay和Android Auto的出現，任何擁有入門級智能手機的人都可以體驗到功能豐富的集成導航環境。曾經被視為奢侈的選擇現如今正在變得司空見慣。

 

suizhezhexiegaoduangongnengqianyizhizhongdiduancheliang
，qichezhizaoshangzhengzaichaoyuexianyoujiagoudejuxianxing，yishiyingxiayidaigongnengji。yinxiangzhutiyuyibiaojiqundianzishebeidezuhe，yijiyixiecheshenkongzhimokuai（BCM）功能，可為駕駛員和乘客提供無縫集成的駕駛艙體驗。信息娛樂公司已投入大量工程資源和資格認證時間來概念化、設she計ji和he實shi施shi最zui新xin的de係xi統tong硬ying件jian和he軟ruan件jian。盡jin管guan汽qi車che電dian子zi產chan品pin的de開kai發fa時shi間jian可ke能neng會hui延yan續xu好hao幾ji年nian
，但dan信xin息xi娛yu樂le是shi汽qi車che行xing業ye發fa展zhan最zui快kuai的de領ling域yu之zhi一yi。若ruo能neng在zai通tong過guo無wu縫feng添tian加jia新xin功gong能neng和he能neng力li來lai區qu分fen最zui終zhong產chan品pin的de同tong時shi重zhong複fu利li用yong硬ying件jian和he軟ruan件jian，則ze符fu合he信xin息xi娛yu樂le工gong程cheng師shi的de最zui大da利li益yi。

 

 

係(xi)統(tong)的(de)核(he)心(xin)是(shi)處(chu)理(li)器(qi)，其(qi)中(zhong)有(you)幾(ji)種(zhong)設(she)計(ji)選(xuan)項(xiang)專(zhuan)為(wei)信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)進(jin)行(xing)了(le)簡(jian)化(hua)。有(you)幾(ji)個(ge)精(jing)選(xuan)出(chu)來(lai)的(de)功(gong)能(neng)非(fei)常(chang)強(qiang)大(da)，足(zu)以(yi)應(ying)對(dui)集(ji)成(cheng)式(shi)駕(jia)駛(shi)艙(cang)的(de)需(xu)求(qiu)。經(jing)驗(yan)豐(feng)富(fu)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)通(tong)常(chang)會(hui)將(jiang)大(da)部(bu)分(fen)時(shi)間(jian)投(tou)入(ru)到(dao)這(zhe)些(xie)高(gao)端(duan)係(xi)統(tong)中(zhong)。然(ran)而(er)，這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)縮(suo)減(jian)到(dao)中(zhong)低(di)端(duan)的(de)大(da)眾(zhong)市(shi)場(chang)體(ti)係(xi)。其(qi)軟(ruan)件(jian)通(tong)常(chang)會(hui)被(bei)移(yi)植(zhi)到(dao)具(ju)有(you)較(jiao)少(shao)GPIO的小型

、低級別的處理器上，並且需要連接到外設。這就是GPIO擴展器為工程師提供靈活性的地方。I2C是一種在大多數信息娛樂係統中都有的、通過共享總線提供的通用接口。工程師可以輕鬆恢複控製任意數量外設所需的GPIO。

 

leisiyuyidongdianhua，zhexiexinxiyulexitongshijiyupingtaide。zheyiweizhecongdiduandaogaoduandouyouyigetongyongdejichupingtaishejilaishixianjibengongneng。gaoduanpingtaijuyoukuozhanwaisheyishixianzhuanyougongnenghexingneng。suizhezhexiexitongbiandegengjiamokuaihua
，juyounenggouzaibutongzixitongzhijianjinxingtongxindegonggongzongxianxiandezhiguanzhongyao。

 

I2C的一個關鍵優點是該接口標準是一種基於主從協議的共享總線。這種通用性有助於I2C總線在整個係統中布線——要注意的是節點的最大數量受到地址空間和400pF總線總電容的限製。I2C IO擴展器最常見的用途之一是控製位於PCB遠端的輸入。這些外設的布線可能構成挑戰。圖1中的示例凸顯了一個典型的信息娛樂係統，其中外設的控製輸入由主處理器控製。

 

圖1：控製輸入由主處理器直接控製。

 

I2C IO擴展器可以通過使用已有I2C係統總線來大大降低電路板布線的複雜度。由於其可以使電路板層數量減少，進而使電路板製造成本最小化
，優點變得顯而易見。圖2所示為采用I2C GPIO擴展器的相同係統。GPIO擴展器與現有的I2C總線相連
，而不是從處理器到外設布設8條線路。由於GPIO擴展器現在更接近外設
，因此可以減少總布線麵積。

 

圖2：控製輸入通過I2C GPIO擴展器進行控製。

 

這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)優(you)點(dian)是(shi)可(ke)擴(kuo)展(zhan)性(xing)。當(dang)信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)係(xi)統(tong)基(ji)於(yu)通(tong)用(yong)處(chu)理(li)器(qi)平(ping)台(tai)時(shi)
，工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)目(mu)標(biao)功(gong)能(neng)集(ji)選(xuan)擇(ze)添(tian)加(jia)或(huo)刪(shan)除(chu)外(wai)設(she)。為(wei)了(le)獲(huo)得(de)最(zui)優(you)的(de)成(cheng)本(ben)結(jie)構(gou)

，工(gong)程(cheng)師(shi)必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)找(zhao)到(dao)具(ju)有(you)足(zu)夠(gou)處(chu)理(li)能(neng)力(li)的(de)處(chu)理(li)器(qi)來(lai)專(zhuan)門(men)解(jie)決(jue)其(qi)目(mu)標(biao)終(zhong)端(duan)產(chan)品(pin)需(xu)求(qiu)。成(cheng)本(ben)優(you)化(hua)的(de)處(chu)理(li)器(qi)通(tong)常(chang)具(ju)有(you)較(jiao)低(di)的(de)引(yin)腳(jiao)數(shu)，這(zhe)減(jian)少(shao)了(le)處(chu)理(li)器(qi)本(ben)身(shen)的(de)GPIO引腳數。圖3是一個將I2C GPIO擴展器與低端處理器搭配使用的方框圖。

 

圖3：低端處理器使用GPIO擴展器來控製外設。

 

為了最大化係統重用
，GPIO擴展器可以輕鬆連接到其他外設。圖4增加了一個音頻數字信號處理器（DSP）和負載開關，fenbieyongyuyinpinchulihejieshenggonghao。youyubuxuyaoduichuliqijinxingewaibuxian，tianjiazhexieqijianxiangduijiandan
，yinci，xianyoudedianlubanshejikeyizhongfushiyong。

 

圖4：GPIO擴展器被用於增加音頻數字信號處理器和負載開關。

 

隨著工程師專注於更高級的核心處理器，處理器的I/O可能在內部連接到單個電壓域。例如
，整個I/O總線連接到1.8V電源（通常稱為VI/O）。該總線可以連接到1.8V和3.3V外設組合
，這需要添加如圖5所示的通用電平轉換器。

 

圖5：混合電壓係統使用電平轉換器來轉換GPIO電壓。

 

I/O合並
，以及執行電平轉換功能以便對傳統器件提供連接支持，會用到幾個I2C GPIO擴展器。圖6中采用雙電源GPIO擴展器將電平從1.8V轉換到3.3V，同時將GPIO合並成了單根I2C總線。這又引入了一定的靈活度

，因為它騰出了處理器的GPIO，進而可以對處理器附近的器件進行接口。

 

圖6：混合電壓係統使用GPIO擴展器進行電平轉換和簡化布線。

 

 

在過去幾年中，汽車原始設備製造商（OEM）嚐試將人機界麵（HMI）yinru，zhuanyongyuchumopingheshoushikongzhideng。raner
，xiaofeizherengranxihuanshiyongwulianniulaikongzhixinxiyulexitong。poshijiashiyuanfushichumopinghexunzhaoanniu，kenenghuiduixuyaotamenbimianpengzhuanghuoturantingchedeguanjianshikezaochengganrao。liru，futeqichegongsijiushoudaoleyouguanqiMyFord Touch用戶界麵的投訴。盡管其界麵光滑清晰，但客戶仍然希望使用物理按鈕來控製係統，因此福特增加了八個控製按鈕來補救此問題。

 

當添加這些按鈕時——重新加入係統或從新的設計開始——GPIO擴展器對檢測這些按鈕按壓提供了有效方式。這在信息娛樂係統中尤其重要——其核心電壓相對較低
，為5V
、3.3V
、1.8V。與通常用於車身控製的開關不同，這些按鈕未連接到車輛電池；因此，GPIO擴展器足以檢測並向處理器報告這些按鈕按壓動作。圖7是GPIO擴展器檢測按鈕按壓時一個常見示例。

 

圖7：使用GPIO擴展器檢測信息娛樂係統中的按鈕按壓。

 

隨著這些信息娛樂係統的複雜性增加
，主處理器可能不再是顯示器的一部分。其通常被稱為“遠程顯示器”——從根本上講
，該顯示器是汽車當中采用全分離式PCB的一個監視器。所幸，I2C是一種常見協議，既被用於低速輔助信號路徑（如HDMI）又被用於反向通道（如平板顯示器鏈路或FPD鏈路）。HDMI是消費類電子產品中事實的視頻接口標準，而FPD鏈路已成為汽車顯示器和數字LCD集群中可以重新配置的最常見的視頻標準。這些遠程顯示器仍然需要物理按鈕來進行音量控製或配置。I2C I/O擴展器是這些遠程應用的首選解決方案。

 

圖8：該按鈕接口在遠程顯示器上使用了GPIO擴展器，通過I2C反向通道與主處理器進行通信。

 

圖8顯示了使用FPD鏈路將視頻發送到遠程顯示器的典型係統。通過使用大多數FPD鏈路SerDes（串行器/解串器）中提供的I2C反向通道

，GPIO擴展器仍然能夠通過FPD鏈路與主處理器進行通信。如果主係統負責遠程顯示器和群集的內容

，那麼這一點尤其有用。隻要點擊按鈕，其他內容（如導航方向）就可以在遠程顯示器或群集上顯示。顯示的內容性質可以動態配置。物理按鈕為駕駛員提供了一致的接口來執行這些配置功能。

 

 

設計人員在設計信息娛樂係統時麵臨著許多挑戰。無論是遷移到較低成本的處理器還是與傳統係統進行接口，I2C GPIOkuozhanqidoukeyikuaisuyouxiaodijiejuewenti，erbuhuiganraoxianyoudexitongjiagou。zhezhongbuxianyandekuozhanfangshiweixinxiyuleshejigongchengshitigonglekekuozhanxing
，bingjiakuaileshangshishijian。

 

選擇最佳的GPIO擴展器取決於所需的電壓範圍和所連接的GPIO數量。低電壓低功耗IO擴展器TCA9539-Q1，是一款完全符合汽車資質的I2C控製的GPIO擴展器，它的電源電壓範圍為1.65V至3.6V。它可以與當代處理器進行成功通信
，並使設計滿足未來最低1.65V規格。該器件允許16位或可以單獨配置的輸入和輸出通道。這些I/O可用於補充處理器上的I/O及檢測按鈕按壓
，或驅動LED狀態燈。如果工程師僅需要為設計補充8個I/O
，那麼它還提供8位的TCA6408A-Q1版本。此外
，TCA6408A-Q1能夠使用獨立的I2C電壓軌（VCCI）和P端口電壓軌（VCCP）進行電平轉換。這一額外好處對混合電壓係統至關重要。

 

集ji成cheng式shi駕jia駛shi艙cang提ti供gong了le功gong能neng豐feng富fu的de環huan境jing
，但dan是shi如ru果guo使shi用yong不bu當dang
，可ke能neng會hui在zai駕jia駛shi時shi引yin起qi過guo多duo分fen心xin。考kao慮lv到dao我wo們men經jing常chang長chang時shi間jian上shang下xia班ban往wang返fan
，以yi及ji我wo們men想xiang要yao與yu世shi界jie保bao持chi聯lian係xi的de渴ke望wang
，信xin息xi量liang過guo大da加jia劇ju了le這zhe些xie分fen心xin。通tong過guo提ti供gong我wo們men所suo熟shu悉xi的de物wu理li接jie口kou，駕jia駛shi員yuan可ke以yi在zai使shi用yong這zhe些xie功gong能neng的de同tong時shi將jiang注zhu意yi力li集ji中zhong在zai道dao路lu上shang。顯xian而er易yi見jian，在zai係xi統tong設she計ji人ren員yuan研yan究jiu下xia一yi個ge項xiang目mu時shi，GPIO擴展器將為其提供更大的靈活性。

 

本文轉載自電子技術設計。

 

 



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