台灣優奎士有限公司: 2月 2012

2012年2月15日星期三

車載網路系統介紹

世界太陽能車挑戰賽

每兩年舉辦一次的世界太陽能車挑戰賽事是太陽能車設計領域重要的一場賽事，參賽者必須駕乘特別設計的太陽能車，穿越全長3,021公里(1,877英哩)、全程曝曬在太陽底下的澳洲內陸。在2011年的賽事中，荷蘭參賽隊伍在恩智浦半導體公司的贊助下，設計出採用控制器區域網路(Control Area Network；CAN Bus)的太陽能車─NUNA6。

嚴酷及冗長的比賽，可靠度是首要的考量。在車輛內部，資料必須在無干擾下傳輸，駕駛和支援團隊間的通訊通道需要保持清晰、一致。NUNA6將他們的信任放在CAN身上，因為它堅固耐用以及可靠的車輛通訊管理，在NUNA6內所有的電子系統，如車上的行車電腦、電子馬達控制器以及追蹤最大功率點的電路系統，全都是透過CAN bus連接在一起。

NUNA6有1個聰明的方向盤，不只是保持車輛直行於道路上，這個方向盤就像是個儀表板，提供駕駛簡便的方式使用重要的功能，例如油門，用來控制速度；恢復式的煞車，用來協助對電池再次充電，當車輛放慢速度時，還有1個即押即講(Push-to-Talk；PTT)的按鈕，提供駕駛和支援團隊間的語音通訊。

Nuon團隊使用恩智浦半導體的LPC11C24，是32位元ARM Cortex-M0核心且具有CAN介面及內建的CAN收發器，在NUNA6內，LPC11C24執行一連串的工作，從讀取按鍵變化、追蹤油門的類比值去控制輕微的煞車機制，有了以ROM為主的驅動程式讓NUNA6透過CAN bus使用ISP更新核心程式，可以在任何時候，甚至是比賽中，上傳最新程式或者調整系統設定值。

圖1. NUNA6 太陽能車外觀

車載網路系統介紹

車載網路系統猶如汽車的神經系統，由於各車用電子控制系統(ECU)與裝置肩負不同的功能與目的，使得各車載通訊協定也不盡相同，目前車用電子網路規格以CAN和LIN為主，MOST負責多媒體傳輸，而新發展的FlexRay將扮演未來汽車發展線控操作(X-by-Wire)系統的重要角色。底下為車載網路系統常見匯流排介紹：

1、LIN採用單線傳輸，具備低成本的優勢，適用於低速應用，如車門、導向輪、座位、馬達、照明等零件。

2、CAN為一即時、分散式通訊協定，使用訊框交換的方式來共享匯流排上的資訊，具有很高的即時性能，基本設計規範要求位元傳輸速率高、高抗電磁干擾性，並能檢測出網路上的任何錯誤，為目前最廣泛使用的車用電子網路規格。而隨著汽車上出現了越來越多的通訊娛樂設備，需要更大頻寬及更高網路速度之規格，

3、MOST定義了一種功能強大，適用於多媒體資料服務的匯流排系統，涵蓋了ISO/OSI參照模型所有的七層，能在特有的拓樸結構下進行通訊，經典的結構為環型結構。

4、FlexRay滿足未來先進汽車高速控制應用的需要，同時支援分散式控制系統，並可彌補CAN、LIN和MOST等主要車用網路標準的不足。FlexRay協定主要定義於需要高速通訊頻寬和決定性容錯資料傳輸能力的底盤控制、車身和動力總成等場合。FlexRay通訊系統並非僅是一個通訊協議，還包括一種特殊設計的高速收發器，使單一通道的傳輸速率最高可達10Mbit/s。

從目前公開的資料顯示，目前各大車廠對於支援FlexRay標準的車型，都還是採取較保守的態度，因此CAN 標準仍然是現階段車載資通訊的主流。

圖2. CAN BUS架構示意圖

智慧車載資通訊實驗系統介紹

台灣優奎士推出的智慧車載資電通訊實驗系統，採用自主設計、製造的UBIKIT 6612雙核心嵌入式平台，其內建符合ISO11898 CAN BUS介面，並搭配自行設計製造的實驗載板，採用MCP2515 CAN控制器及恩智浦半導體的LPC11C14，32位元ARM Cortex-M0核心，實驗模組包括溫溼度感測器、加速度感測器、CAN直流馬達節點模組、CAN步進馬達節點模組及CAN GPS節點模組。搭配知名學者許永和教授撰寫的教材，包涵完整的理論介紹及實驗設計，帶領使用者從底層的CAN驅動程式設計，到Android平台上CAN圖形化介面設計及JNI 實作等，可幫助使用者融會貫通嵌入式系統及車載資通訊領域。每一個實驗模組並獨立設計一個章節的篇幅，從原理的介紹、Android應用程式設計及CAN ECU節點開發板應用程式設計，帶領使用者從理論基礎到實際應用，大幅降低學習門檻，可讓使用者快速上手並能從事車載資通訊相關的開發工作。

圖3. 台灣優奎士智慧車載資通訊實驗系統

REFERENCE:
1. 經濟部車載資通訊產業推動服務網
http://www.tpo.org.tw/news_content.php?id=3692

2. TheBlogsMine.com "Nuna 6 Solar Vehicle to Compete in $10 Million Race"
http://www.theblogismine.com/2011/08/09/nuna-6-solar-vehicle-to-compete-in-10-million-race-gallery/

3. CAN BUS
http://www.canbuskit.com/what.php

2012年2月3日星期五

以嵌入式系統開發智慧連網數位家電產品

智慧型手機可以說是目前IT產業最熱門的終端產品，不只是產品的體積越來越薄、越來越小，於兼具連網、多媒體播放...等諸多應用功能，令其採行的嵌入式系統核心應用領域漸受關注，Apple的iOS和Android OS嵌入式系統相繼鎖定大螢幕的TV應用，以現成的嵌入式系統解決方案與硬體的高度整合，成為發展未來智慧家電的成功方程式。

智慧型手機成熱門雲端應用熱潮延燒數位家電

以Google Android來說，針對連網需求相對較高的電視產品，目前也發展出Smart TV智慧電視產品線，透過Android機上盒或是直接將處理運算、連網應用的單板模組與電視設備進行整合，形成一體成形的Smart TV產品，是目前針對電視連網、數位娛樂需求，一個最快速、便捷且利於開發的產品整合方案，此種開放作業系統搭配簡易之硬體平台，令設備具連網應用之目的，已成為發展智慧家電的開發捷徑。

圖1. Android TV with Market

Android具數位家電整合應用優勢

由於初始運行環境即預設以相對有限的運算資源為主，例如，手機、控制設備...等連網系統設計應用，也正因為平台資源相當受限，因此Android這類開放性系統源碼，也發展出相對較為lightweight(輕量)的作業系統環境，只要運行的硬體平台提供合理的硬體資源，架構於硬體之上的嵌入式作業系統針對整合的特殊應用，也能達到兼具效能與效用的系統服務水準。

而在智慧型行動電話獲得成功的軟體市集商務形式，在嵌入式系統也成為新的獲利模式或核心應用！這種發展態勢讓不少硬體製造商開始重新審視，能否在現有極為微利的電子產品上，再透過嵌入式系統的雲端整合應用服務，進行產品深入整合，達到終端、內容、網路無縫式的應用環境，讓消費者能以更簡單、輕鬆的形式取得所需的數位商品。

綜觀近年的多媒體應用發展，不光只是要求時光平移應用(Time Shifting)，而是將需求拉高到Place Shifting易地播放的新門檻，這時整合雲端運算、行動無線傳輸應用等需求，即成為數位家電的重要發展方向。

圖2. Android@home 可結合燈光、溫溼度控制、音響等家電設備

嵌入式系統平台開放優勢快速整合加值應用服務

另一個硬體發展方向，是寬頻上網應用與服務成本日益下滑，這會促使數位家電開發商積極思考善用高速網路傳輸的各式加值應用，尤其是針對各種媒體網站大量內容的存取，在系統載板即可整合802.11g/11n...等高速無線網路應用標準，數位家電甚至可以不用透過Ether NET即可讓家電連上網路，未來的家電加載螢幕還可因應720p/1080p高畫質、高解析度數位互動內容的應用需求。

過去數位家電製造商曾開發相關網路應用方案，但多數均未能獲得市場正面回應，因為這類產品在擴充性、相容性方面頗受限，大多僅能與自家設備互通，甚至因為開發成本昂貴，進而反應於產品售價，甚至僅能擷取特定網路內容、私有雲服務，造成使用上的各種不便。

在開放系統平台進行開發工作，有相當多的好處，因為開發人員能善用現成的軟體元件，因應不同的開發需求得以重新組建所需的功能，同時也不需支付軟體權利金或授權費用。開發團隊若能找來具經驗的開源碼軟體工程人員，則軟體開發工作將變得更快速、更具成本效益。

在眾多開源開發平台方面，以Android系統為最重要的系統資源，目前大量的行動電話採行Android虛擬化平台進行軟體開發，這意味著尋求開發資源或是組建專案開發團隊的難度會降低，可更快速的建構專案組織，處理各式開發需求，達到加速產品開發時程、降低成本、最小化開發資源之開發目的，同時透過應用內容的加值整合，來增加數位家電的產品差異化設計。

台灣優奎士自主設計推出的智慧雲端Android/Linux 嵌入式實驗系統，除了說明如何使用Android SDK開發應用程式之外，並涵蓋人機介面管理、網路、資料庫與多媒體等等函式庫的應用，依照應用程式開發的難易度，由淺入深的次序編排，希望能夠讓使用者者循序漸進的逐一實作與學習。此外本系統擁有完整的教材和模組搭配，邀請各大專院校教授設計撰寫教材，可以精準的掌握使用者學習上的需求及學校課程的安排。相較於市面上Android智慧型手機及平板電腦，本實驗系統除了具備完整的輸出入介面，如USB、UART、CAN BUS、SPI、I2C、ADC等，並具備多種上網方式，如ETHER NET、WIFI、3.5G行動上網等，並提供完整的source code及教材範例，包含嵌入式系統底層的MLO、Boot Loader、Linux Kernel及Android和Linux 2.6.32作業系統，可以讓使用者在學習及開發相關的數位家電應用上，不會只受限在應用程式上的開發，能夠垂直整合學習Android 底層及應用層的開發，如Driver 的開發、作業系統的移植等。另外本系統也可以結合本公司設計開發的物聯網及車載資通訊相關的周邊，可以讓使用者嚐試比手機更多元化的開發與整合經驗，並和現行的潮流趨勢無縫接軌。