收稿日期：2024-05-07

作者簡介

胡孫杰（1986—），男，工程師，從事汽車開關(guān)、面板、控制器及其配套工具臺架開發(fā)。

【摘 要】文章首先闡述以DS90UB949A作為核心的HDMI轉(zhuǎn)FPD-LinkIII視頻傳輸原理，以及IIC遠(yuǎn)程透傳功能的原理，最后詳細(xì)介紹STM32F407單片機(jī)實現(xiàn)USB通信控制、IIC工作模式及數(shù)據(jù)配置、EDID參數(shù)設(shè)置、DS90UB949A工作模式配置和IIC透傳觸摸報點等功能。

【關(guān)鍵詞】STM32；單片機(jī)；FPD-Link；車載大屏；測試

中圖分類號：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）07-0071-03

Vehicle Large Screen Test System Based on DS90UB949A

HU Sunjie

（Zhejiang Changjiang Automotive Electronics Co.，Ltd.，Wenzhou 325000，China）

【Abstract】This paper firstly describes the principle of HDMI to FPD-LinkIII video transmission based on DS90UB949A as the core，and the principle of IIC remote transparent transmission function. Finally，it introduces the USB communication control realized by STM32F407 microcontroller in detail. The functions of IIC working mode and data configuration，EDID parameter setting，DS90UB949A working mode configuration and IIC transparent touch signal are realized.

【Key words】STM32；single-chip computer；FPD-Link；car large screen；test

1 引言

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，以前的汽車三大件發(fā)動機(jī)、底盤和變速器漸漸失去了消費者的關(guān)注，自從特斯拉把大屏帶上車開始，短短數(shù)年時間，車載大屏的尺寸已經(jīng)從10寸發(fā)展到了20寸甚至更高，7座SUV甚至可以實現(xiàn)人均一個屏。車載大屏一般都是通過車機(jī)將視頻流通過串行器編碼，再傳輸至屏端，進(jìn)行解碼再輸出顯示。

由于車載主機(jī)成本高，調(diào)試使用不方便，不適用于車載大屏的開發(fā)過程中的測試驗證，因此開發(fā)一款低成本、調(diào)試方便的車載大屏測試工具用于車載大屏開發(fā)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的驗證。本文介紹一款基于DS90UB949A的車載大屏FPD-LinkIII方案測試工具原理。

2  設(shè)計方案

通過電腦HDMI輸出視頻信號給DS90UB949A，DS90UB949A將視頻流編碼通過FPD-LinkIII輸出給車載大屏的解串器，同時通過STM32F407的USB接口接收上位機(jī)控制軟件下發(fā)的控制指令，再通過IIC接口轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)置串行器或者透傳至解串器，實現(xiàn)對大屏的配置、系統(tǒng)參數(shù)讀取以及觸摸信號獲取，并把通信Log上傳至上位機(jī)界面顯示分析，最終完成對大屏的功能測試。

系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示。本系統(tǒng)采用STM32F407單片機(jī)實現(xiàn)系統(tǒng)控制，包括USB通信控制、DS90UB949A配置和IIC透傳等功能。

DS90UB949A是一款HDMI（3個TMDS數(shù)據(jù)通道+1個TMDS時鐘）轉(zhuǎn)FPD-LinkIII橋接器件。支持高達(dá)210MHz的TMDS時鐘，支持2K（2800×1080）分辨率（24位色深）。該設(shè)備傳輸一個35位的符號，在單個串行上高達(dá)3.675Gb/s。串行流包含嵌入式時鐘、視頻控制信號、RGB視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)。同時DS90UB949A序列化器和配套的反序列化器可以包含一個IIC兼容的接口。此IIC兼容接口支持從本地主機(jī)對序列化器或反序列化器設(shè)備進(jìn)行編程控制。

2.1 視頻信號傳輸鏈路

視頻通過HDMI輸入，可通過經(jīng)濟(jì)高效的50Ω單端同軸電纜或100Ω差分屏蔽雙絞線（STP）和屏蔽4路絞線（STQ）電纜提供單通道或雙通道高速串行流?？蓪DMI v1.4b輸入進(jìn)行序列化，從而支持高達(dá)2K的視頻分辨率和24位色深。視頻傳輸鏈路如圖2所示。

2.2 GPIO透傳

可通過MCU控制DS90UB949A序列化器及DS90UB948反序列化器寄存器來開啟GPIO透傳功能，同時設(shè)置I/O正向通道（輸出）或反向通道（輸入）模式實現(xiàn)IO透傳功能，圖3為IO透傳鏈路示意圖。

2.3 IIC透傳

DS90UB949A具有高達(dá)1Mb/s快速模式增強(qiáng)版的IIC（主/從）總線。通過雙向控制通道與IIC總線上的遠(yuǎn)程設(shè)備通信，IIC主機(jī)控制器須支持時鐘拉伸。在這個階段，控制通道被嵌入到鏈路上，然后數(shù)據(jù)被嵌入在遠(yuǎn)程總線上重建；從設(shè)備不控制時鐘，只是延長它直到遠(yuǎn)程外圍設(shè)備響應(yīng)，IIC總線鏈路示意如圖4所示。

通過IIC透傳功能，車載大屏測試系統(tǒng)可實現(xiàn)屏端MCU的通信控制、診斷讀取、遠(yuǎn)程程序升級、觸摸信號讀取報點和觸摸配置升級等一系列功能，從而使系統(tǒng)更加簡單，節(jié)約成本。

3 硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件電路包括電源供電模塊、DS90UB949A視頻信號編碼模塊、USB通信和單片機(jī)系統(tǒng)等。

3.1 電源供電模塊

測試工具供電方式可選外部電源或USB供電兩種方式，外部電源輸入DC12～24V。單片機(jī)工作電壓為3.3V，DS90UB949A則需要1.1V、1.8V、3.3V3種電源，因此外部電源輸入后通過LMR14020SQDDARQ1芯片DC-DC電源模塊轉(zhuǎn)換成5V輸出與USB供電5V并聯(lián)。DC-DC及USB電源輸入模塊如圖5所示。TPS767D318PWR輸入5V輸出2路分別為1.8V、3.3V，給單片機(jī)及串行器供電。1.8V及3.3V電源供電模塊如圖6所示。

3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用STM32F407通過USB與PC上位機(jī)通信，通過IIC實現(xiàn)配置串行器與解串器。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括上電復(fù)位電路、編程口、晶振和單片機(jī)等。單片機(jī)采用3.3V低電壓電源供電可顯著降低系統(tǒng)功耗。

3.3 HDMI視頻信號輸入電路

HDMI視頻接口電路如圖7所示，包含3通道TMDS數(shù)據(jù)、1通道TMDS時鐘、HPD熱插拔信號和IIC通信總線等。當(dāng)EDID改變時，單片機(jī)通過Q5下拉HPD熱插拔信號實現(xiàn)HDMI重連無需重新插拔HDMI線進(jìn)行視頻信號的輸出切換。

3.4 DS90UB949A串行器電路

DS90UB949A接收HDMI輸入的視頻流轉(zhuǎn)換成FPD-LinkIII信號，DS90UB949A電路如圖8所示，包括與MUC通信的IIC通信接口及HDMI接口。

4 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計包括ST32F407的單片機(jī)設(shè)計以及上位機(jī)設(shè)計兩部分，單片機(jī)通過USB口與上位機(jī)通信，實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置及數(shù)據(jù)通信功能。

4.1 單片機(jī)程序設(shè)計

單片機(jī)主程序流程圖如圖9所示。首先配置系統(tǒng)參數(shù)，將系統(tǒng)信息、USB模塊、IIC模塊、外部中斷、PWM、ADC模塊和系統(tǒng)時間戳定時器模塊進(jìn)行初始化，啟動看門狗模塊。然后進(jìn)入主程序，循環(huán)讀取USB指令執(zhí)行命令，看門狗喂狗，檢測外部中斷讀取遠(yuǎn)程觸摸報點信息。

4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計

上位機(jī)控制軟件通過USB接口實現(xiàn)對顯示屏參數(shù)EDID的設(shè)置、IIC工作模式頻率設(shè)置、IO端口狀態(tài)設(shè)置、底層固件版本讀取刷新和IIC數(shù)據(jù)讀寫。讀取觸摸坐標(biāo)，實現(xiàn)描點投屏、測試畫面切換和IIC通信報文Log顯示功能。上位機(jī)界面如圖10所示。

5 總結(jié)

本系統(tǒng)采用DS90UB949A實現(xiàn)對HDMI視頻信號輸入轉(zhuǎn)換FPD-LinkIII輸出，區(qū)別于車機(jī)主機(jī)固定的視頻參數(shù)輸出，此系統(tǒng)借助PC電腦顯卡靈活及強(qiáng)大的視頻輸出能力，可通過USB接口更改EDID參數(shù)實現(xiàn)不同項目顯示屏的適配，同時通過DS90UB949A的IIC透傳功能可以靈活地將遠(yuǎn)程觸摸信號通過STM32F407單片機(jī)讀取后轉(zhuǎn)發(fā)至上位機(jī)，上位機(jī)在對應(yīng)的坐標(biāo)處描點后再通過HDMI投屏至車載大屏實現(xiàn)觸摸功能交互，從而實現(xiàn)觸摸功能測試，并實時記錄測試過程中所有Log，方便開發(fā)測試過程中對產(chǎn)品問題的排查分析。本系統(tǒng)只需USB+HDMI線連接電腦即可工作，操作簡單方便。

（編輯 楊凱麟）