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导航仪硬件总体设计规格说明书


导航仪硬件 总体设计规格说明书

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仪硬件总体设计规格说明书

文档修订摘要
日期 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 版本号 /状态 描述 著者 审阅者 批准人/日期

年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日

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导航仪硬件总体设计规格说明书

目 1.

录 引言 ................................................................................................................................................................... 6 1.1. 文档用途 ................................................................................................................................................... 6 阅读对象 ............................................................................................................................................... 6 1.2. 1.3. 名词术语 ................................................................................................................................................... 6 1.3.1. BOOTLOADER.............................................................................................................................. 6 参考资料 ............................................................................................................................................... 6 1.4.

2.

概述 ................................................................................................................................................................... 7 2.1. 系统概述 ................................................................................................................................................... 7 2.2. 系统功能性需求 ....................................................................................................................................... 7 2.3. 系统非功能性需求 ................................................................................................................................... 7 设计约束 ............................................................................................................................................... 7 2.4.

3. 3.1.

系统设计策略 ............................................................................................................................................... 7

基础结构 ................................................................................................................................................... 7 3.1.1. 硬件基础结构 ............................................................................................................................... 7 3.1.2. 软件基础结构 ............................................................................................................................... 8 3.2. 设计策略 ................................................................................................................................................... 8 4. 4.1. 4.2. 4.3. 系统体系结构 ............................................................................................................................................... 8

系统功能 ................................................................................................................................................... 8 特殊特性表 ............................................................................................................................................. 10 系统总体结构 ......................................................................................................................................... 10 4.3.1. 硬件总体结构 ............................................................................................................................. 10 软件总体工作 ............................................................................................................................. 10 4.3.2. 4.4. 各子系统结构与功能 ..............................................................................................................................11 4.4.1. 硬件子系统结构与功能 .............................................................................................................. 11 4.4.1.1. CPU...........................................................................................................................................11 4.4.1.2. 定位 ..........................................................................................................................................11 4.4.1.3. 多媒体声音 ............................................................................................................................. 12 4.4.1.4. 收音机 ..................................................................................................................................... 12 4.4.1.5. 汽车扬声器功放 ..................................................................................................................... 12 4.4.1.6. DVD 驱动器 ............................................................................................................................ 13 4.4.1.7. DVD 解码器 ........................................................................................................................... 13 4.4.1.8. 显示屏 ..................................................................................................................................... 14 4.4.1.9. 存储卡 ..................................................................................................................................... 14 4.4.1.10. 通用接口 ................................................................................................................................. 14 4.4.1.11. 接插件 ..................................................................................................................................... 15 4.4.1.12. 电源 ......................................................................................................................................... 15 4.4.1.13. 车载 GPIO ............................................................................................................................... 15 4.4.1.14. 娱乐功能接口 ......................................................................................................................... 15 4.4.1.15. 蓝牙免提模块 ......................................................................................................................... 16 4.5. 系统外部接口 ......................................................................................................................................... 16 4.5.1. 前面 ............................................................................................................................................. 16
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4.5.2.
4.6.

后面(此部分最终要决定于大众的接插件定义).................................................................. 16

接口设计 ................................................................................................................................................. 17 4.6.1. 硬件接口设计 ............................................................................................................................. 17 4.6.1.1. IDE 接口................................................................................................................................. 17 4.6.1.2. 模拟显示屏和触摸屏接口 ..................................................................................................... 18 4.6.1.3. 汽车总线和车用 GPIO 接口 .................................................................................................. 19 4.6.1.4. 前面板按键接口 ..................................................................................................................... 20 4.6.1.5. 电源接口 ................................................................................................................................. 21 4.6.1.6. 音响/视频接口 ........................................................................................................................ 21 4.6.1.7. GPS 和 RF 天线接口 .............................................................................................................. 21 4.6.1.8. PANASONIC BUS 接口 ......................................................................................................... 22 4.6.1.9. 4 路音箱接口 .......................................................................................................................... 22 4.6.1.10. 蓝牙模块接口 ......................................................................................................................... 22 4.6.1.11. RS232 接口 ............................................................................................................................. 23 4.6.1.12. 其他接口 ................................................................................................................................. 23 4.6.2. 操作系统的接口设计 ................................................................................................................. 23 4.6.3. 中间件的接口设计 ..................................................................................................................... 24 4.6.3.1. 硬件所提供的设备 ................................................................................................................. 24 4.6.3.1.1. 串行口和串行口驱动程序.............................................................................................. 24 4.6.3.1.2. I2C 和 I2C 驱动程序 ...................................................................................................... 24 4.6.3.1.3. SPI 和 SPI 驱动程序 ....................................................................................................... 24 4.6.3.1.4. CAN 和 CAN 驱动程序.................................................................................................. 24 4.6.3.1.5. LIN 和 LIN 驱动程序 ..................................................................................................... 24 4.6.3.1.6. K 线和 K 线驱动程序 ..................................................................................................... 25 4.6.3.1.7. USB 和 USB 驱动程序 ................................................................................................... 25 4.6.3.1.8. HAC 和 HAC 驱动程序.................................................................................................. 25 4.6.3.1.9. IDE 和 IDE 驱动程序 ..................................................................................................... 25 4.6.3.1.10. NAND FLASH 和 NAND FLASH 驱动程序 .............................................................. 25 4.6.3.1.11. MPEG 解码器 ............................................................................................................... 25 4.6.3.1.12. 显示单元和显示驱动程序............................................................................................ 25 4.6.3.1.13. 视频捕捉 ....................................................................................................................... 25 4.6.3.1.14. GPIO 和 GPIO 驱动程序 .............................................................................................. 25 4.6.3.1.15. SD 卡 ............................................................................................................................. 25 4.6.3.2. 中间件功能 ............................................................................................................................. 25 4.6.3.2.1. MPEG 数据传送 ............................................................................................................. 25 4.6.3.3. 中间件接口设计 ..................................................................................................................... 25 系统环境 ......................................................................................................................................................... 25

5.

5.1. 5.2. 5.3. 6.

开发环境 ................................................................................................................................................. 25 测试环境 ................................................................................................................................................. 26 设计工具要求 ......................................................................................................................................... 26

关键技术问题 ................................................................................................................................................. 26 6.1. 6.2. 硬件上的难点 ......................................................................................................................................... 26 软件上的难点 ......................................................................................................................................... 26

7. 8.

安全性设计 ................................................................................................................................................. 26 可靠性分析和预计 ......................................................................................................................................... 26

8.1. 8.2. 8.3. 9. 10.

功耗分析 ................................................................................................................................................. 26 硬件系统的电磁兼容性设计 ................................................................................................................. 26 D-FMEA .................................................................................................................................................. 27

成本分析 ......................................................................................................................................................... 27 机械设计方案 ............................................................................................................................................. 29

导航仪硬件总体设计规格说明书

1. 引言
1.1. 文档用途
本文档的目的是描述根据需求而产生的总体设计方案,此方案经评审通过应成为详细设计(原理图、 板图、驱动程序等的设计)和测试方案的依据。

1.2. 阅读对象
设计工程师 开发工程师 测试工程师 其他相关人员

1.3. 名词术语
1.3.1. BOOTLOADER

类似于计算机的 BIOS,是执行系统的自检和初始化,并引导操作系统的程序。

1.4. 参考资料
《SH7770-HARDWARE MANUAL》 《TEF6903A DATASHEET》 《VW80101 汽车上电器和电子部件 标准化的通用检验条件》 《VW80972 汽车收音机功能指令》 《BC41B143A-ds-003Pc BlueCore4-ROM Plug-n-Go Data Sheet》 《ADS7843 DATASHEET》 《RNS_New_Jetta_Spezifikation_20060109_SIMPLE_Confirm》 《Simplified SDIO Card Specification》 《SVW Modul RNS Low_ LAH_TPE_RNS_04_v04》 《ADV7181B DATASHEET》 《Spartan-3 FPGA Family:Complete Data Sheet》 《LOW-COST FPGA CONFIGURATION VIA INDUSTRY-STANDARD SPI SERIAL FLASH by Lattice Semiconductor》 《DVD—Audio 标准简介》 《The Second-generation HDD Car Navigation System》 《IF_SPEC_CA1090K(ver011031)(2.5)》 《HDMI_Specification_1.1》 《MCP201 datasheet》 《Fault-tolerant CAN/LIN fail-safe system basis chip DATASHEET》 《TDA8589XJ I2C-bus controlled 4*45 Watt power DATASHEET》 《SAA7114_2 DATASHEET》 《rok104001_r1c_ds DATASHEET》 《LM4549A AC ’97 Rev 2.1 Multi-Channel Audio Codec with Sample Rate Conversion and National 3D Sound 》 《WM9713L DATASHEET》 《256Mb H-die DDR SDRAM Specification SAMSUNG》
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文件名称
《TIM-LC_Data_Sheet(GPS.G3-MS3-03019)》

《ds_k9k1g08x0b_rev10.pdf》

2. 概述
2.1. 系统概述
根据目前我们所掌握的国内汽车厂家关于收音机导航系统的技术要求,微处理器芯片的运算速度不 得低于 600MIPS, 并具有 2D 图形加速功能 (以保证导航功能的性能, 如查询速度和地图的平滑显示等) , 而且需具备娱乐功能、多媒体数字接口以及蓝牙手机等功能。我们认为目前世界上能够满足以上要求的 CPU 中,日立公司的 RISC CPU SH7770 最为合适。在嵌入式操作系统的选择方面,为了减少导航引擎 软件开发的工作量并降低开发难度,我们选用 WINCE.NET 操作系统。收音机导航系统的系统设计将以 已选定的 CPU 和操作系统为核心,采用我们目前国内可以实现的方案,尽量发挥 CPU 的功能,并扩展 外围芯片进行功能扩展,从而满足用户的要求。

2.2. 系统功能性需求
见《导航仪硬件项目需求说明书.doc》 。

2.3. 系统非功能性需求
应当满足《导航仪硬件项目需求说明书.doc》中的 6“硬件测试和测试指标” 应当满足《导航仪硬件项目需求说明书.doc》中的 4.10 应当满足《导航仪硬件项目需求说明书.doc》中的 4.11 应当满足《导航仪硬件项目需求说明书.doc》中的 8“安全性需求”

2.4. 设计约束
成本约束:BOM 成本(不包括结构件、外部接插件、地图)<3700 元 易于扩展:争取能够实现在扩展功能时不需要改变主板 控制开发时间:要力争做到一板成功以缩短开发时间 考虑现有能力:不要做超出现有开发能力的设计 考虑车载环境:选型和定方案要考虑车载环境的特殊要求,比如温度、有害物质限制、电 源条件以及噪声等方面的因素

3. 系统设计策略
3.1. 基础结构
3.1.1. 硬件基础结构

系统采用多板设计: CPU, DSP 和主要功能芯片构成主板 电源, 汽车 IO 和音频功放为电源子板 调试的网口组成网卡子板 LCD 驱动和 LCD 背光组成 LCD 背板 左右按键板 AM/FM 板 GPS、陀螺、加速度传感器板 蓝牙子板
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文件名称 其中 LCD 背板外协,或委托 LCD 厂商研发和制作。调试的网口由于只是在调试时使用,所以也不 在此文档中考虑。 他们之间的关系如下:

3.1.2.

软件基础结构

系统软件采用 WINCE 做为操作系统,其大框图如下:

3.2. 设计策略
系统采用多板结构,把易变和可升级的部分(如 LCD 背板、电源板、GPS 板、按键板、AM/FM、 蓝牙等)安排成单独的子板,可裁剪的部分(如网卡)也布置成单独的子板,主要是要保证主板的设计 轻易不会改变。 为了降低第一板的设计风险,把难以明确设计的部分连接到 FPGA,将来可以通过软件来调整设计, 等硬件设计完成确定后再改成由硬件和门数较少的 CPLD 或 FPGA 来实现,以减低成本并提高稳定性。 在产品设计时要为上线生产做准备。这部分的具体内容将在详细设计中体现。

4. 系统体系结构
4.1. 系统功能
硬件系统应为实现以下功能提供硬件支持(见《导航仪硬件需求说明书》的 7“对应需求的符 合性分析” ,后面的蓝色字 蓝色字表示在本文档中与此项需求对应的设计描述的位置) : 蓝色字 4.3.1.4 AM/FM:18 通道 FM,12 通道 AM DVD/CD 的播放 4.3.1.6 & 4.3.1.7
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文件名称

Audio/Video - 4x20 W以上功放 4.3.1.5 - Bass, Treble, Balance, Fader adjustable 4.3.1.4 4.3.1.3 - DSP (digital-sound-process) - 音量调整 4.3.1.3 & 4.3.1.5 - Brightness, contrast, saturation, display rate adjustable 4.3.1.8 - Support CD-audio, CD-R, CD-RW, DVD-R, (DVD+R, DVD-RW), MP3 and WMA in disc, DVD-Video (in area code “0” or “6”), VCD (1.1 and 2.0), SVCD(t.b.d.) in disc 4.3.1.6 & 4.3.1.7 - PAL and NTSC compatible 4.3.1.14 - AV channel control 4.3.1.3 & 4.3.1.14 Bluetooth mobile phone hands free 4.3.1.15 - Support the Bluetooth mobile phone hands free profile - answer phone, hung up, pairing - echo reduction - music mute during call - display of phone number - recall the last phone number - microphone integration Display 4.3.1.8 - 6,5” TFT Display (16:9) - Touch-Screen - Dissolution: >= VGA (640x480 dots) 按此要求应选择800 x480 dots的数字屏 SD 卡 4.3.1.9 LIN 总线 4.3.1.10 Navigation - Embedded operation system 3.1.2 WINCE - Main-Chip should be faster than 600MIPS for getting fast search-result and smoothly graphic representation 4.3.1.1 - Quasi-3D Gyro, at least the navigation should know whether the car is on or under elevated road 4.3.1.2 - Corridor function 4.3.1.1 &4.3.1.9 NAND Flash or SD Card - TMC/VICS preparation 4.3.1.4 I/O & Communication - 1XUSB input (support direct read audio files on USB stick) 4.3.1.10 - 1x Audio/Video In on control panel for connecting AUX device (such as PlayStation, Video Camera and so on) 4.3.1.3 & 4.3.1.14 - 1x Audio/Video Out for sending the signal to rear monitor(s) by RGB. 4.3.1.3 & 4.3.1.14 - Panasonic_Bus 4.3.1.14 - S-Kontakt (or ignition), illumination, speed and back-gear signals would be gotten from wiring harness (t.b.d.) ACC、SAFE安全线 4.3.1.13 - Support Multifunction-steering-wheel via LIN 4.3.1.10 - Audio/video function could be controlled by rear control panel via Lin Bus 4.3.1.10 - Diagnose KWP1281 via K-line or self-diagnose(t.b.d.) 4.3.1.10
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文件名称

- Keep Video input pin for Rear Camera. 4.3.1.14 - Low speed CAN TP2.0 4.3.1.10 Requirment 4.3.1.12 All parts should be passed by VW, TL-Standards for electrical-/electronic parts, such as VW80101, VW80972 and EMC-requirements. Detail would be defined later by SVW TPE. - Operating Voltage: Max.16.0 V Min. 9.0 V 9.0-16.0 V: Limited operation (Display Flickering) - Backup Current: Max. 1.0mA 本处并没有列出所有在需求文档中的功能,而只是列出了与硬件相关的功能。

4.2. 特殊特性表
准备补充特殊特性表。

4.3. 系统总体结构
4.3.1. 硬件总体结构

注:GPS 和 DR 子板的接口是由 DSP 支持的,主要接口包括一个串行口和一个主 SPI 的接口。采用 ADI 的 ADSP BF533 DSP 具有的一个串口和主 SPI 接口来和 GPS 子板相连。

4.3.2.

软件总体工作

首先需要修改 cebuild.bat 和 sysgen.bat 来配置系统,主要处理四类文件: Bib:Image 的镜像文件 Dat:系统描述,程序的保存位置 Db:WINCE 存储文档库的描述 Reg:系统注册表。
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文件名称 其次要修改系统的初始化部分,主要包括 GPIO 和内存的映象部分。由于系统将编译每一个 BSP 驱 动程序以及 OAL 程序代码,我们需要把关系不大的 BSP 驱动程序从工程中删除。主要内容包括修改对 处理器的支持,包括板子的编码差异和指令系统定向,还包含对应系统的中断机制、特权指令 (privilege instruction) 以及储存管理机制。在 Windows CE 中,主要内容被包在一个称之为 OAL (OEM Adaptation Layer) 的硬件隔离层中,依次对应到 CSP (CPU Support Package) 和 BSP。 安装 Platform Builder (选择安装共享原始程序代码) 以后,在 WINCE500 目录下会有 PLATFORM、 PRIVATE、PUBLIC、SDK、OTHERS 几个目录。 BSP 放在 PLATFORM 里面,主要包括特定的驱动程序、引导程序、图形引擎的部分驱动程序、核 心 HAL 驱动程序等。 PRIVATE 是 Windows CE 的共享原始程序代码,主要包括应用服务、资源管理器 (开始菜单接口)、 通信支持、数据储存管理器、图形使用者接口以及事件系统、CE 操作系统 kernel 程序代码。PRIVATE 目录下的程序代码一般是不希望开发者修改的,因为这可能会与发布出来的 Windows CE 产品产生兼容 性和稳定性的问题。但可以拷贝到 BSP 目录下再修改。 BSP 移植主要在三个层面: CSP 支持不同的处理器系统结构 BSP 支持不同的硬件主机板 (I/O、总线等等) 驱动程序支持不同的外围。 开发工具主要是采用指导手册的形式来协助开发者配置和修改一个具体的 OAL。 驱动模型被包括在 Windows CE 的各个驱动程序中, 这些驱动程序一般由 Windows CE 操作系统提供原形, 我们可以在此基 础上进行修改以来满足我们的要求。具体的需要修改和添加的驱动程序的列表将在详细设计时最终整理 出来。 DSP 中的 MPEG 解码软件需要从第三方购买,也需要自己编写部分软件。

4.4. 各子系统结构与功能
4.4.1. 硬件子系统结构与功能

4.4.1.1. CPU
400MHz SH-4A SH7770 CPU 内核可以提供高达 720 MIPS 或 2.8 GFLOPS 的处理速率,可以满足导 航系统的硬件要求。SH7770 采用 DDR 200MHz SDRAM 的内存,内存总线为 64bit,可以满足 CPU 的高 速运行。采用 NOR FLASH 存放 bootloader, NOR FLASH 的大小为 24M 到 32M 字节,WINCE.NET 的 核心运行代码也放到 NOR FLASH 中。这几部分构成了 CPU 可以运行的最小系统。

4.4.1.2. 定位
GPS 模块采用 uBlox 公司的模块,需要 3.3 伏供电,对外有 GPS 天线的接口。 航位推算算法(DR 算法) 采用压电振动陀螺组件和 Z 轴的加速度传感器实现准三维陀螺航位推 算。注意必须要有温度补偿,AD 采样必须不小于 12bit。 由于 WINCE OS 处理中断的能力有限,为了能够保证采样数据不会丢失,我们准备采用由 DSP 来 采样并缓冲数据的方案,此 DSP 将采样到的陀螺、加速度传感器以及温度传感器的数据暂存在 DSP 的 内存中, SH7770 通过进行查询时再将暂存的多帧数据发送给 SH7770。 在 为了节省成本和节省串口资源, 传感器和 GPS 都接到用于 DVD 解码的 DSP 上。 由于陀螺有对水平安装的要求,也为了以后替换器件的需要,将陀螺、温度传感器、加速度传感器、 A/D 以及 GPS 安排在一个单独的子板上,通过插件与主板连接。
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文件名称 方案框图如下:

4.4.1.3. 多媒体声音
利用 SH7770 的 HAC 接口接入 AC97 接口的 CODEC, 如 CS4299, 支持 CD IN,VIDEO IN,Phone IN 和 Line IN。输出有 Line OUT。 所有的音频输入都接入 AC97 CODEC (除蓝牙模块的 PCM 输入和 DVD 解码的输出和机芯的 CD 输 出) ,CODEC 的功能可以通过换 CODEC 芯片来实现功能的增强或节省成本。然后通过 CODEC 芯片的 输出到 FM/AM 的 DSP 来实现语音的混合和切换。 为保证音质,DVD 解码的数字音频信号通过 I2S 接口与另一个 CODEC 相连,转成音频信号后送入 AM/FM 的另一路输入,CD 的信号也直接连入 AM/FM。 语音的输入输出汇总框图如下:

4.4.1.4. 收音机
飞利浦高集成 TEF690x 系列芯片集成了 FM/AM 调谐器、 立体声解码器、 自适应 IF 带宽控制 (PACS) 、 高级弱信号处理,飞利浦的这种解决方案将飞利浦成熟的前端调谐器和模拟信号处理技术集成在一起, 大大减少了构建高性能汽车收音机所需的外部元器件数,简化了设计程序。 TEF6903 设备提供了高度灵活的输入选择性,可选配集成的 RDS 解调器和/或连接外部音响处理器 或导航/呼叫输入。 RDS 支持 TMC。 AM/FM 收音子系统由收音机锁相环,收音高频头构成,用于完成 AM/FM 收音功能 AM/FM 支持 Bass、Treble、Fader 以及 Balance 的调整。

4.4.1.5. 汽车扬声器功放
采用单一的汽车扬声器功放来实现 4 路功放,如 ST 的 TDA7564 支持 Speaker 4 x 28W 扬声器 。

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文件名称

4.4.1.6. DVD 驱动器
可以识别 CD-ROM、CD-R、CD-RW 格式光盘,支持在 CDROM、CD-R、CD-RW 光盘中的 CD、 MP3、WMA 等音频文件的读取和播放。

4.4.1.7. DVD 解码器
在本方案中将 DVD 解码集成在主板之上,这样做有几个原因: 按车厂要求DVD解码为必须的功能,而不是选用的功能 与CPU在同板上,省去接插件的转接,避免视频信号的质量受到影响 可以利用DVD解码芯片自身的资源节省部分硬件,降低硬件成本 按安装的要求导航与视频不能同时使用。对于 DVD 视频解码器,通过 DVD 光驱读取 DVDROM、 DVD-R、DVD-RW、VCD 光盘,然后通过硬件解压的方式,通过流的方式来播放其中的视频文件。 由于我们的系统要兼顾导航数据的读取和 DVD 的播放两项工作, 需要我们在首次读取 DVD 碟片的 内容时对 DVD 碟片上的内容做出判断, 以区分导航数据、 导航程序、 D-audio、 CD-R、 CD-RW、 DVD-R、 (DVD+R,DVD-RW)、MP3、WMA、DVD-Video (区域码在“0” 或 “6”)、VCD (1.1 和 2.0)以及 SVCD 等格式。为完成这项工作必须由主 CPU 来读取 DVD 碟片内容,所以 DVD 驱动器需要直接和 SH7770 相连,并且在播放 DVD 盘片时必须能够解压 MPEG-I 和 MPEG-II 的数据内容。但由于我们所选择的 CPU 在执行软解压时不能满足对速度的要求,所以需要加入一个硬件或软件的 DVD 解码芯片,目前为止 我们可以找到的硬件 DVD 解压芯片温度范围不适合汽车上使用或者是价格太高,目前只能选择软件的解 压芯片。这个方案的工作量较大,风险也较大,但从成本考虑我们也别无选择。

需要注意的问题: 需要注意的问题: DVD 的数据主要通过 HOST CPU 接口,即总线接口传到 DSP 解压芯片,解压芯片直接输出复合的 VIDEO 信号。声音信号分为二种:一种为模拟信号输出,一种为 PCM 格式的数字信号输出。主要接口 形式为 I2S。 由于大多数芯片都支持 DVB-CI 接口,所以我们最好采用 DVB-CI 接口输出数据到解压芯片。 由于我们的系统是工作在汽车上,必须能够支持-40-85 的温度范围。所以大多数芯片我们不能采 用,选择范围大打折扣。 DVD 解码到显示的全过程框图: 解码到显示的全过程框图:

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文件名称 SH7770 的 EXBUS 与 DSP 的总线通过双口 RAM 进行通讯,第一板中,这个双口 RAM 将在 FPGA 中实现。

4.4.1.8. 显示屏
6.5 英寸薄膜晶体管液晶显示屏(16:9)需要驱动芯片,LCD 需要 BIAS 摆动电压驱动,所以要有 正负电压的变换电路。其他由 SH7770 直接驱动。 Touchscreen/触摸屏采用 4 线电阻式的,有专门的触摸屏控制芯片驱动。 对 400x234 的模拟屏而言,驱动电路是大同小异,主要是屏的接口定义不同。需注意的是,有些屏 需要复合同步信号,有些需要行、场分离同步信号。另外要注意同步信号的极性是正的还是负的,零外 屏点亮有的需要几十伏的正负压。当然还有很重要的背光源的驱动电路,通常叫高压板(Inverter) ,它 的作用是将 12V 的供电电压通过震荡电路升至几千伏的高压,用来驱动和点亮冷阴极荧光管 CCFL (其 工作原理与我们照明常用的日光灯基本一样) 。由于我们的特定应用场合,必须支持背光的开关和调节。 模拟 LCD 必须接受红、绿、蓝、水平同步和垂直同步信息,然后对水平同步信号采样,利用 LCD 接口的锁相环(PLL)电路来产生象素时给显示屏提供彩色信息的时间。由于高分辨率需要高信息通量, 因此,当今的高分辨率的屏需要较频繁和精确的采样。彩色信息或采样点的任何不精确都会导致视频效 果很差。彩色信息不精确可能是由于阻抗不匹配、在 RGB 三基色线上产生反射和过量瞬时扰动的结果。 采样不精确可能是因为时钟抖和相位、频率漂移等问题所致。模拟屏的设置比数字屏稍微复杂些。终端 用户必须设置模拟屏的水平线总数(horizontl total)、 水平和垂直位置, 并且根据视频特性来调整时钟相位。 LCD 的背板准备委托专业厂家来制作,要求亮度、对比度和色饱和度要可以通过软件来调整。 视频的输入框图如下:

4.4.1.9. 存储卡
采用 SH7770 的扩展总线直接支持一个 SD 卡的驱动器功能来支持 SD 卡槽。这样我们可以支持 SD 卡的 SPI 模式和 GPIO 模式。

4.4.1.10.

通用接口

一个 USB HOST 接口直接采用 SH7770 上的 HOST 控制器。 CAN TP2.0 接口直接采用 SH7770 上的 CAN 控制器。 一个 LIN 接口直接采用 SH7770 上的串行接口。 一个 K 线接口直接采用 SH7770 上的串行接口。

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文件名称

4.4.1.11.

接插件

电源供给、控制信号、语音输出按要求使用 ISO 标准插接件,尽可能的采用满足用户需求的天线。

4.4.1.12.

电源

输入的电压最大值为 16.0 V 输入的电压最小值为 9.0 V 9.0-16.0 V: Limited operation (Display Flickering) 汽车电源的要求本来就高,对于这个系统来讲要求更高,所以我们采用多级电源来实现,进入的一 级为保险管、反相保护电路、过压保护电路、滤波电路,经过 STEP-DOWN 变为 5V 电压供给主板, 再由 5V 变为 3.3V 供给系统,由 3.3V 变出 2.5V,CORE 和其他不大于 3.3V 的电压。 系统的电源大的框图如下:

主板的电压变换框图如下:

4.4.1.13.

车载 GPIO

和汽车相连的 IO 线要求经过过载保护和短路保护, 并由 12V 变为低端的 3.3V 电压和 CPU 的 GPIO 直接相连。

4.4.1.14.

娱乐功能接口

娱乐功能接口包括 Video IN 接口(NTSC/PAL) 、Video out( NTSC/PAL/RGB) 、多媒体数 字接口。用户可外接倒车用摄像头、后座娱乐系统、CD 换片机等设备支持 NTSC/PAL 制式 支持倒车影像用摄像头或其他娱乐设备
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文件名称 视频输出NTSC/PAL以支持后座娱乐系统,为了减低成本,主板本身不支持RGB输出。如果需要 输出RGB,可以改动LCD背板以增加一个RGB输出。 CD Changer/ Panasonic 总线接口连接MDI以支持CD 换片机 为了实现 Video IN 接口 (NTSC/PAL/ RGB) 我们选择 AD 公司的 ADV7181B 通过 I2C 总线实现简 , 便的控制 ·支持 ITU656 数字视频标准 ·可进行 PAL 制和 NTSC 制电视信号的解码 ·同时能输出行、场 同步信号。支持 ITU656 数字视频标准输出,直接与 SH7770 相连。

4.4.1.15.

蓝牙免提模块

蓝牙免提模块要求实现与蓝牙手机的通讯,主要支持蓝牙手机的免提接听、拒绝、娱乐设备静音、 电话号码显示功能,要求的功能如下: Paring/配对 answer phone, hung up, reject/来电接听、结束、拒绝 music mute during call/音响自动静音 echo reduction and noise limit/回音消除和噪声抑制 display of phone number/来电显示 recall the last phone number/最后号码重拨 Dial directly from Display/通过屏幕拨号 volume adjust/音量调节 在嘈杂的环境如汽车中,高质量的语音通话通常很难实现, CSR 领先的蓝牙硅芯片 BlueCore 具备 高成本效益和世界一流的 BlueCore 回声/噪声消除技术,能够满足我们的这一需求。我们将蓝牙免提模 块用单独的子板来实现,以便于蓝牙模块的升级和内部、外部的安装。

4.5. 系统外部接口
4.5.1. 前面

USB SD 卡 DVD 入片口 红外接收窗

4.5.2.
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

后面(此部分最终要决定于大众的接插件定义)
名称 电源 音响 车上信号 K线 LIN 线 CAN 线 RS232 Panasonic 总线 MIC 蓝牙电源 蓝牙控制 蓝牙串口 PIN 数 2 8 4 1 1 2 3 12 2 2 4 4
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说明 12V,系统总电源 4 路音箱 车速、点火、照明、倒档

本文中的对应说明

备注 插针 插针 插针 插针 插针 插针 MDI 插针 MDI 插针 MDI 插针 MDI 插针 MDI 插针 MDI 插针

换碟机总线, CD 声音信号 含 5V

4.5.1.5 4.5.1.9 4.5.1.3 4.5.1.3 4.5.1.3 4.5.1.3 4.5.1.11 4.5.1.8 4.5.1.6 4.5.1.10 4.5.1.10 4.5.1.10

文件名称 13 14 15 16 17 18 19 20 21 蓝牙音频接口 Audio in Audio out Video in #1 Video in #2 Video in #3 Video out AM/FM 天线 GPS 天线 4 2 2 2 2 2 2 2 2 后视监控器复合视频信号 换碟机复合视频信号 娱乐输入复合视频信号 复合视频信号输出 PCM 或 PHONE+MIC

4.5.1.10 4.5.1.6 4.5.1.6 4.5.1.6 4.5.1.6 4.5.1.6 4.5.1.6 4.5.1.4 4.5.1.7

MDI 插针 引线 引线 引线 引线 引线 引线 单独插件 单独插件

4.6. 接口设计
4.6.1. 硬件接口设计

以下的接口定义中有一部分只是表明了信号的数量和内容, 的位置有可能会在详细设计时发生变化。 PIN

4.6.1.1. IDE 接口
采用标准的 IDE 笔记本接口连接 DVD 机芯,IDE 接口在设备和主板侧的外观为 40 脚插针:

电缆外观为:

引脚定义 Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Name /RESET GND DD7 DD8 DD6 DD9 DD5 DD10 DD4 DD11 Dir Description Reset Ground Data 7 Data 8 Data 6 Data 9 Data 5 Data 10 Data 4 Data 11
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文件名称 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 DD3 DD12 DD2 DD13 DD1 DD14 DD0 DD15 GND KEY DMARQ GND /DIOW GND /DIOR GND IORDY SPSYNC:CSEL /DMACK GND INTRQ /IOCS16 DA1 PDIAG DA0 DA2 /IDE_CS0 /IDE_CS1 /ACTIVE GND ? ? ? ? ? Data 3 Data 12 Data 2 Data 13 Data 1 Data 14 Data 0 Data 15 Ground Key (Pin missing) DMA Request Ground Write Strobe Ground Read Strobe Ground I/O Ready Spindle Sync or Cable Select DMA Acknowledge Ground Interrupt Request IO ChipSelect 16 Address 1 Passed Diagnostics Address 0 Address 2 (????) (????) Led driver Ground

4.6.1.2. 模拟显示屏和触摸屏接口
由于模拟屏的特殊性,我们选择的屏的种类有很多,但它们的接口都差不多,所以暂时定义如下: LCD 屏引脚定义 Pin Name Dir Description
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文件名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 AVss AVDD VIDEO BLUE VIDEO GREEN VIDEO RED GND GPIO HSYNC VSYNC GND LCD_TXD LCD_RXD GND +12V +12V GND 触摸屏引脚定义 Pin 1 2 3 4 Name TMSX+ TMSY— TMSX- TMSY+ Dir Description X + Y — X - Y + 模拟电源地 模拟电源 模拟视频信号 模拟视频信号 模拟视频信号 GROUND GPIO 模拟视频信号 模拟视频信号 GROUND SERIAL TXD SERIAL RXD GROUND POWER POWER GROUND

4.6.1.3. 汽车总线和车用 GPIO 接口
车上的接口有: 一个 CAN 接口 一个 LIN 接口 一个 K 线接口 四个 GPIO 接口(包括一个速度) 一个 SAFE 接口 引脚定义 Pin 1 2 Name CANH CANL Dir Description CAN+ CAN-

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文件名称 3 4 5 6 7 8 9 10 LIN GND K GND GPIO1 GPIO2 GPIO3 GPIO4 LIN 线 GROUND K线 GROUND GPIO GPIO GPIO GPIO Speed S-Kontakt Illumination Back-gear

4.6.1.4. 前面板按键接口
对于前面板,由于是一体的设计,可以用 CPU 的 GPIO 来实现,也可以采用串口实现。现在的方案 是两方面都保留,同时保留 2 个 AD 口以便处理模拟量的控制信号。 引脚定义: Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Name DGND KEY1 KEY2 KEY3 KEY4 KEY5 KEY6 KEY7 KEY8 KEY9 KEY10 KEY11 KEY12 DGND AGND AD1 AD2 DGND PANEL_TXD PANEL_RXD Dir Description DIGITAL GROUND GPIO GPIO GPIO GPIO GPIO GPIO GPIO GPIO GPIO GPIO GPIO GPIO DIGITAL INPUT ANALOG INPUT ANALOG INPUT1 ANALOG INPUT2 DIGITAL INPUT SERIAL TXD SERIAL RXD

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文件名称

4.6.1.5. 电源接口
汽车电源接口 4PIN 1 2 3 4 GND ACC ACC GND GROUND POWER POWER GROUND

4.6.1.6. 音响 视频接口 音响/视频接口
按照要求,我们的系统要支持至少 3 路的 VIDEO 视频输入,一路为倒车视频。 一路为 PANASONIC BUS 的视频输入,还有一路为用户的视频输入。 Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Name ACC VIDEO IN1 GND VIDEO IN2 GND VIDEO IN3 GND VIDEO OUT GND AUDIO LIN AUDIO RIN AUDIO LOUT AUDIO ROUT GND MIC IN GND Dir Description POWER VIDEO GROUND VIDEO GROUND VIDEO GROUND VIDEO GROUND AUDIO IN AUDIO IN AUDIO AUDIO GROUND MIC IN GROUND

4.6.1.7. GPS 和 RF 天线接口
GPS 天线接口采用 GPS 专用的连接器和转插头。 RF 天线接口采用 RF 专用的连接器和转插头。
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文件名称

4.6.1.8. PANASONIC BUS 接口
采用标准的 PANASONIC BUS 接口插件。 Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
12V Back-up Right channel + ACC 12V Signal Ground Left channel + 12V : CDC ON / 0V CDC OFF (Battery)

Name
CD DATA CLK (Clock) Data Ground R-Data

Dir

Description
Data out to radio Clock out to radio

Data in from radio

4.6.1.9. 4 路音箱接口
Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 Name FL_R FL_L FR_R FR_L RL_R RL_L RR_R RR_L Dir Description FLONT LEFT ROUT FLONT LEFT LOUT FLONT RIGHT ROUT FLONT RIGHT LOUT REAR LEFT ROUT REAR LEFT LOUT REAR RIGHT ROUT REAR RIGHT LOUT

4.6.1.10.
Pin 1 2 3 4 5 Name

蓝牙模块接口
Dir Description 5V POWER SIGNAL GROUND POWER ON CONTROL EXTERNAL INTERRUPT WAKE UP CONTROL
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POWER AGND POWER ON EXT INT WAKE UP

文件名称 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 RESET DGND BT_TXD BT_RXD BT_CTS BT_RTS DGND PCM IN/MICN PCM CLK/MICP PCM SYNC/PHONE+ PCM OUT/PHONERESET CONTROL DIGITAL GROUND SERIAL TXD SERIAL RXD SERIAL CTS SERIAL RTS DIGITAL GROUND

4.6.1.11.
Pin 1 2 3 Name TXD RXD GND

RS232 接口
Dir Description SERIAL TXD SERIAL RXD GROUND

4.6.1.12.

其他接口

其他接口还包括 USB、SD 卡。

4.6.2.

操作系统的接口设计

由于采用微软的 WINCE.NET V5.0 操作系统,所以对于底层驱动软件的接口设计必须满足 WINCE 的要求。故在此不一一列举。 Windows CE 将 Win32 API 的使用者界面(User32)和图形设备接口(GDI32)合并成一个新的模块 gwes.exe, 称为 GWE 子系统。 GWE 是一个缩写词, 其中 G 代表 Graphics 图形) W 代表 Window Manager ( , (窗口管理器),E 代表 Event Manager(事件管理器)。GWE 子系统是使用者、应用程序和操作系统 之间的图形使用者接口。 GWES 加载驱动主要包括以下几个部分: Keyboard Mouse Touch Screen Display Battery Notification LED 对于我们来讲由于要支持 2D 图形加速,所以必须对 Display 进行优化,这是我们的设计难点。 在 WINCE 中对于中断处理是很重要的。内核模式的中断服务例程(ISR)是采用短小的汇编语言代 码实现的,并返回中断号给内核。而在用户模式的中断服务线程(ISP)中接收中断通知,并进行中断的处 理。 在驱动程序中可以采用单片驱动程序,直接将硬件设备的功能传递给操作系统。或采用分层驱动程
第 23 页 共 29 页

文件名称 序,即支持模型设备驱动程序(MDD) ,并依赖平台的设备驱动程序(PDD) 。 模型设备驱动程序(MDD) :提供标准的设备驱动程序接口,其一般不需改变。 依赖平台的设备驱动程序(PDD) :不象 MDD 层.依赖平台的驱动程序(PDD)层与 MDD 和硬件 都有接口,这就意味着必须适合目标平台的需要。一个 PDD 由针对具体硬件的函数组成.而这些函数与 一个 MDD 相对应,但这种对应不是直接的一一对应。MDD 函数实现独立的任务,而 MDD 则通过使用 这些任务来实现其目标。因为 PDD 是与硬件相关的,因此必须生成一个设置好的 PDD 并输出到硬件平 台、微软为各种各样的内部设备提供了几个样本 PDD 层。

4.6.3.

中间件的接口设计

中间件程序并不是操作系统的组成部分,它应该归类为应用程序。单独把它分列出来的目的是,将 与硬件联系紧密的应用以及与硬件关系不紧密的应用区分开来,由前一组应用,也就是我们这里所说的 中间件来完成对硬件的直接操作,并为另一组应用与硬件相关的操作提供相应的接口。 这样做可以使开发另一组应用的人员不需要了解硬件的细节, 可以更专注于高层应用的开发, 同时, 中间件的开发人员由于具有一定的硬件开发的背景, 其所开发的中间件程序对硬件的使用效率也会较高。

4.6.3.1. 硬件所提供的设备
4.6.3.1.1. 串行口和串行口驱动程序 串行口和串行口驱动程序 与串行口有关的设备较多,列举如下: GPS 陀螺、温度、加速度和车速 PANASONIC 总线控制 TMC 蓝牙 LCD 亮度、对比度和色饱和度调节 对外 RS232 串行口 4.6.3.1.2. I2C 和 I2C 驱动程序 AM/FM 功放 视频解码器 视频编码器 WATCHDOG FRAM 4.6.3.1.3. SPI 和 SPI 驱动程序 触摸屏 4.6.3.1.4. CAN 和 CAN 驱动程序 CAN 总线 4.6.3.1.5. LIN 和 LIN 驱动程序 LIN 总线
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文件名称 4.6.3.1.6. K 线和 K 线驱动程序 K线 4.6.3.1.7. USB 和 USB 驱动程序 USB 口 4.6.3.1.8. HAC 和 HAC 驱动程序 AC97 声卡 4.6.3.1.9. IDE 和 IDE 驱动程序 DVD 机芯 4.6.3.1.10. NAND FLASH 和 NAND FLASH 驱动程序

NAND FLASH 4.6.3.1.11. 4.6.3.1.12. LCD 4.6.3.1.13. 4.6.3.1.14. 视频捕捉 GPIO 和 GPIO 驱动程序 MPEG 解码器 显示单元和显示驱动程序

车载信号:倒档、夜灯、ACC、车速,SAFE 前面板按键 4.6.3.1.15. SD 卡

4.6.3.2. 中间件功能
4.6.3.2.1. MPEG 数据传送 将通过 IDE 接口从 DVD 机芯读取的数据通过 EXBUS 传送给 MPEG 解码器

4.6.3.3. 中间件接口设计
这部分需要与软件组共同协商

5. 系统环境
5.1. 开发环境
驱动程序在 PB5.0 下开发(LANBIC 开发板) 应用程序在 EVC 下开发 BOOTLOADER 在 HEW 下开发(E10A 仿真器) DSP 软件在……下开发(BF533 开发板)
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文件名称

5.2. 测试环境
见《导航仪硬件项目总体测试计划》

5.3. 设计工具要求
PB5.0 EVC HEW & E10A

6. 关键技术问题
6.1. 硬件上的难点
由于我们可以参考 SH7770 开发板,对于 DDR SDRAM、NOR FLASH、BUFFER、CPU、CPU 的 POWER 等我们都可以以开发板为基础。这样我们可以减少开发风险。减少原理图的开发工作量。而对 于 GPS,陀螺,AM/FM 等需要自己设计。所以在原理图期间重点是开发板不支持的部分。 在 PCB LAYOUT 时的重点是 DDR SDRAM、模数混合电路以及电源。尤其是 SDRAM 部分。 我们缺少对 AM/FM 电路有经验的人员,AM/FM 的磨机会是一个难点。 FPGA 的编程也是一个难点。

6.2. 软件上的难点
由于参加开发的人员没有 WINCE 的经验,BSP 的移植是一个重点的问题;其次是 bootloader 的开 发,要支持 NAND FLASH 的读写和网卡的驱动。 DSP 的编程难度和工作量也非常巨大。

7. 安全性设计
这部分尚无对应的需求

8. 可靠性分析和预计
8.1. 功耗分析
在我们的系统中,有几个单元的耗电量较大。第一是 DVD CDROM,由于 CDROM 有机械的驱动机 构和电机, 有光头, 一般电流是 1A 左右 (5V) 大约为 4~10W。 , 第二为 LCD 的 CCFL 背光, 一般为 4~ 8W 左右。第三为 4X25W 的功放,一般低于 100W。其他的电源功耗可以忽略不计。 对于系统的静态功耗要处理得当,主要是对所有的部件都要加有电源管理的功能。

8.2. 硬件系统的电磁兼容性设计
电磁兼容性设计的目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰,使电子设备在特定的电磁环境中能 够正常工作,同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。
第 26 页 共 29 页

文件名称 汽车电子设备的电磁兼容性问题也是我们所面临的设计挑战。其中三个主要问题是: 如何将电磁敏感度降到最低,以使电子设备不受手机、全球定位系统或信息娱乐设备等其它电 子系统的电磁发射的影响。 如何保护电子设备不受恶劣汽车环境的影响,包括供电系统的瞬变和开关灯、启动电机等大负 载或电感负载时的干扰。 如何尽量减少对其它汽车电子电路造成影响的电磁发射。 我们的系统也会与线性度差和零点偏移大的低功率廉价传感器进行接口。这些传感器依赖小信号, 电磁干扰对它们的正常工作将是灾难性的。 电磁兼容性设计对于我们来说是比较困难的,因为系统中存在以下几项不利因素: 微控制器时钟频率特别高,总线周期特别快的系统 系统含有大功率、大电流驱动电路,如 CCFL 背光、DDR 电源、功放等 含微弱模拟信号电路以及高精度 A/D 转换电路的系统 在系统设计时必须重点考虑以下几点: 在系统设计时必须重点考虑以下几点: 减小信号传输中的畸变 减小信号线间的交叉干扰 减小来自电源的噪声 地线设计 在电子设备中,接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用,可解决大部分 干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地(屏蔽地) 、数字地(逻辑地)和模拟地等。 在地线设计中应注意以下几点: 在地线设计中应注意以下几点: 正确选择单点接地与多点接地。 将数字电路与模拟电路分开。 尽量加粗接地线。 将接地线构成闭环路。 注意印刷线路板与元器件的高频特性 元件布置要合理分区 去耦电容配置 模块对于干扰比较敏感,所以必须进行防干扰处理。 单元, 由于 AM/FM 模块对于干扰比较敏感,所以必须进行防干扰处理。对于干扰源如 CPU 单元,CCFL 背光,最好也要处理。 背光,最好也要处理。

8.3. D-FMEA
准备补充这一部分的内容。

9. 成本分析
见附件《导航项目 BOM 成本》 。 序号 1 2 3 4 5 6 部件名称 LCD LCD 屏 屏的驱动电路 CCFL 背光电路 按键 按键背光 500.00 100.00 60.00 30.00 5.00
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芯片名称

价格

备注

文件名称 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 CPU DDR SDRAM NOR FLASH NAND FLASH BUFFER DVD-ROM FPGA FPGA CFG ADSP_BF533 1M FLASH 32M SDRAM GPS GPS 天线 陀螺 Z 轴加速度计 触摸屏 触摸屏控制芯片 MPEG DECODER CAN transceiver LIN transceiver AC97 CODEC AF/FM 声音功放 电源 兰牙 接口器件 风扇 VNRAM 小 MCU AD 温度传感器 VIDEO OP 其他 PCB 制板费 焊接费 外壳及附件 操作系统 LICENSE MPEG LICENSE VIDEO ENCODER 按键的控制电路 30.00 440.00 120.00 15.00 60.00 15.00 600.00 60.00 15.00 90 15 32 200 40.00 150.00 50.00 90.00 30.00 150.00 5.00 10.00 50.00 100.00 50.00 200.00 80.00 100.00 20.00 15.00 15.00 10.00 8.00 15.00 50.00 50.00 30.00 73.00 30.00 100.00 50.00

总计 3958,去掉接口器件和外壳结构件,共计为 3648

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文件名称

10. 机械设计方案
本部分主要是提出硬件方案对结构的要求 背后要有散热风扇,主要用于加快散热片的冷却 GPS 子板在导航仪安装到车内时要处于水平放置 AM/FM 天线引入端、AM/FM 子板、CPU 主板要加金属屏蔽 SD 插口、USB 插口以及红外接收窗要与主板上对应插件的位置配合 主机背后的外部插件设计要与电源功放子板的设计配合

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