摘要：文中通过研究并修改系统源码的方式，对车载Android的电源管理模块进行重新设计，包括与之相关的Input输入子系统、Audio声音子系统以及开机动画时序问题，满足了智能座舱多样化的定制需求。最后，通过模拟CAN总线测试以及实车测试，各子任务模块在进行电源管理状态切换时，可以做到协同有序，达到了预期目标，为当下国内外车载系统的开发提供了宝贵的经验，具有一定推广价值。
关键词：车载系统；智能座舱；电源管理；CAN总线；Android；协同
0引言
车载信息娱乐系统（In-Vehicle-Infotainment,IVI）[1-2]，是基于整车CAN总线[3]、ECU控制单元以及HMI人机交互界面的系统，包含仪表、空调和中控面板。信息化带动了智能化，智能化催动IVI的变迁。从20世纪90年代的WinCE操作系统到Linux操作系统，再到当下开源的Android操作系统，车载系统也变得越来越智能、便捷[4-7]。但是，由于Android系统复杂且庞大，故目前与之相关的电源管理逻辑多集中于底层操作。本文通过对Android系统的研究与分析，基于原车底层电源管理逻辑，提出了一种与之相对应的多任务协同方案，本方案包括开机动画的时序、按键输入的特殊处理以及声音系统的协同，一定程度上加速了车联网产业的发展。
1系统分析
由于车载系统的特殊性，导致其与原生的Android系统存在明显差异。首先，开机动画要与车身的启动信号进行绑定，不再遵循Android原生的启动流程；其次，Android系统为了个人隐私和手机的功耗考虑，会自动锁屏和休眠[8]，但车载娱乐系统是伴随车身的工作持续运作，不存在自动休眠和锁屏功能；最后，按键功能定制，以Power按键举例，传统AndroidMobile，长按Power键为重启，短按为锁屏，而车载最常见的短按为显示时钟界面，长按则可以是非重启的其他模式。综合来说，由于智能座舱IVI的特殊性，本方案引入的修改点包括：系统开机动画时序的调整策略，按键事件的响应策略以及系统声音的逻辑管理。
2系统设计
Android是以Linux内核为基础，由硬件抽象层（HardwareAbstractLayer--HAL）承接，再辅之各种系统服务构建起来的，所以要适配电源管理协同模块，进行自下而上的全局分析。本文以车载系统的CAN总线通信为核心，将系统启动流程、输入子系统和声音输出子系统作为出发点，围绕图1所示的内容进行系统关键模块的设计。车载系统的硬件由MCU+SOC构成，其中MCU主要负责车身CAN信号的收发，同时MCU又与SOC通过SPI总线建立连接，这样车身信号可以通过MCU通知SOC，而SOC也可以将车身的控制信号通过MCU转发给CAN。软件设计方面，SOC采用Android操作系统，而Android又是以Linux为底层，所以此系统可以支撑起HMI以及硬件驱动。
3系统实现及测试
修改原生Android系统，通过BinderIPC进程间通信，便于获取其他各项服务，并回馈电源管理的信号。BinderIPC是基于内存映射（mmap）实现的C/S软件构架，其客户端与服务端通过Binder驱动进行数据交互。客户端进程和服务端进程通过Binder驱动进行桥接，其进程间的通信序列如图2所示，开机动画的修改点如图3所示。基于以上论述，我们需要向Android的服务管理中心（ServiceManager）注册新系统服务，用以处理MCU上报的CAN报文，而其他进程可以订阅感兴趣的CAN报文，比如本文重点关注的电源管理信号等。
3.1开机动画
车载系统的特殊性决定了开机动画不能像传统手机一样，而是需要等待ACCON（点火）信号触发后才能执行，故需要对BootAnimation（开机动画）时序做图3所示的定制修改。第一：屏蔽原生的启动时序；第二：在新增的读写CAN信号进程中，等待车辆ACCON点火信号触发后再执行。此举可满足车载系统对开机动画的特殊要求。
3.2按键事件
车载系统按键分为两种：一种是来自于方向盘的线控，另一种是来自中控触摸屏的按键。前者由MCU控制，后者来自Linux的触摸中断。本文所提出的按键管理方案如图4所示，其中面板的按键元素沿着Linux路径，经事件总线上报给Framework层，而来自MCU的按键则会跳过Linux，直接转为Android的Input事件供Framework层读取，这样二者都由输入管理服务IMS（InputManagerService,IMS）传输到窗体管理服务WMS（WindowManagerService,WMS）中处理。在WMS中，可以由WindowPolicyManager的实现类PhoneWindow-Manager统一决策进行预处理[9]，实现对两种类型按键事件的统一操作和拦截。以某汽车厂家的真实需求为例，正常情况下，短按Power按键，需要全屏显示时钟界面，在时钟界面下再短按Power，则退出时钟界面。但是在ACCOFF车辆熄火情况下，短按Power按键，可以使用户进入一小时模式，即车辆熄火，用户依然可以正常体验中控娱乐系统的音乐和收音功能，在一小时模式未结束时再点击Power按键，则会关闭一小时功能。特殊情况下，还可以长按Power8s，重启系统。其他要求，例如在某些场景下（比如倒车过程中）拒绝按键的响应。基于上以特殊的按键需求，本文在梳理了Android输入子系统的事件流程后，提出了车载系统硬按键和面板按键的统一预处理及拦截分发方案，可以实现特殊按键的处理。
3.3AudioGoogle
在2018年专为车载系统了AndroidOCar，引入Car-Service中间件来管理外设和音频逻辑。从官方的汽车音频架构图不难看出，此设计是以声音流为中心而设计，如图5（a）所示。系统将媒体播放、导航声音、收音机的声音统一作为逻辑声音流，送入AudioFlinger中做混音合成，最终再以总线寻址的方式找到对应的声卡设备进行输出。按照官方的Porting（移植）步骤，主要做如下3点的适配：（1）.devicePorts：包含可从模块访问的输入输出设备（包括永久连接和可移除设备）的描述序列表；（2）.mixPorts：包含由音频HAL提供的所有输入和输出声音流列表；（3）.routes：定义输入和输出设备或声音流与设备之间可能存在的连接列表。除此之外，相比原生Android音频，IVI系统拥有更多的音源类型。除AudioFocus之外，还存在其他音源间的混音和衰减等需求[10]。考虑车载电源管理的特殊性，我们还要结合电源管理对车载音频做如图5（b）所示的补充。（1）新增音源持久化记忆模块，使车载娱乐系统在断电及重新启动后，可以恢复上次正在使用的音源；（2）在声音的流类型上，加入优先级矩阵管理，用以协同导航、收音、电话、媒体间的交互。（3）对音频焦点（AudioFocus）做适当的抢占与释放，适配车载的Power按键功能。
3.4CAN总线及实车测试
通过模块CAN电源管理信号和实车环境，对上述方案做综合测试，实验结果表明，开机动画和按键的实现较为完整，因为这两个模块的功能测试用例较为直接，但是车载IVI的音源远多于原生Android，所以仅对常用的主流音源做交互测试，实验结果同样达到了预期目标。
4结语
本文提出了一种多任务协同的车载电源管理系统，将车身CAN信号中的电源管理引入Android系统，研究并给出与此相关的三大核心模块（开机动画、用户按键输入以及声音的输出）的协同控制策略，本方案可适应车载中控娱乐系统的不同场景。略显不足之处是系统的耦合性较强，修改难度大，所以有两条建议可持续深入研究：（1）以CarService服务为核心，对各模块进行解耦，提升系统整体的稳定性；（2）遵循AndroidProjectTreble[11]，使更多的制造商以更低的成本接入，并完成系统的升级迭代。
作者:华春梦 臧艳辉 肖志良 单位:佛山职业技术学院