前言

汽車電子（Cartronics）是一塊蓬勃成長的新興應用領域，它涵蓋四大部分，即車體（Car body），包括燈控、CAN／LIN節點、電動窗、後照鏡、儀表板、倒車雷達系統等等；傳動系統（Power train），包括適應性定速系統（Adaptive Cruise Control, ACC）、引擎控制、噴射系統（injection）、充電（Charging）、GDI等等；安全系統（Safety）則包括雷達碰撞預防系統（Pre-crash）、安全氣囊（Airbag）、防鎖死剎車系統（ABS）、電子助力轉向系統（EPS）等等；另外則是車載資通娛樂系統，它包括DVD、CD、MP3和數位電視、廣播等多媒體設備，以及行動通訊和GPS定位導航裝置等等。詳細如(圖一)所示。

《圖一　車載系統中的四大組成單元及相關裝置 》 - BigPic:794x543 資料來源：ST

在車載資通娛樂系統方面，又出現了兩個當紅名詞，即Telematics和Infotainment，兩個名詞都是組合字，其中Telematics是通訊（Telecommunication）和資訊（Information）的合成字；Infotainment則是資訊（Information）和娛樂（Entertainment）的合成字。就廣義來看，兩者所指的應用是相同的，但Telematics更強調通訊互動的應用，而Infotainment則偏重車載娛樂的功能。在本文中將以Telematics為主軸，說明此一新興領域的市場趨勢及技術架構。

Telematics的產品定位

再進一步來看Telematics的產品定位，可以分為可攜式設備（Portable Device）和車裝式設備（In-vehicle）兩種，這兩類設備又可依是否具備對外的通訊功能，再將Telematics的市場區隔分為四大塊，如(圖二)所示。

《圖二　Telematics四大產品區塊 》 資料來源：ST

獨立式的設備，包括只具備單向接收及播放功能的可攜式導航設備（Portable Navigation Device；PND）、影音媒體（CD／MP3／DVD）播放器或PDA等，以及具備GPS/LBS互動通訊功能的手機，皆可在消費性3C電子市場買到，消費者的選擇性極多，也能隨時更換。獨立式的車裝式設備又可分後裝市場（Aftermarket）型和內建式（built-in）兩種，前者可以在汽車產品的零售通路購得，內建式則是隨車出廠，對於產品可靠性（Reliability）的要求最高。

上述的三大市場區塊，跳脫不了我們所熟知的GPS、數位／類比收音及電視廣播，以及DVD／VCD／CD／MP3的影音播放等應用，除了GPS的導航定位功能外，其他功能其實屬於行車的加值性選項，與行車駕駛本身的連結並不如車體、傳動及安全等系統那般的密切。不過，當Telematics意指定位、語音及數據通訊，甚至是與車載監控感測系統的整合應用時，其重要性與發展潛力就大大的提升了。

Telematics的通訊加值應用

當GPS與廣域無線通訊技術（如GPRS／3G或WiMAX）整合時，定位數據讓車廠能追蹤汽車的位置，進而能提供道路救援、失車找回等服務，包括裕隆的TOBE汽車行動祕書、北美GM的OnStar，以及Toyota、Honda、Nissan等日本車系都有類似的服務；當車載的各式感測系統與DSRC（Dedicated Short Range Communications）、藍芽、紅外線等短距離無線通訊技術整合時，則可以提供道路收費、自動碰撞警告等功能。

當車載監控系統能將汽車內的機械及電子元件運作狀況遠距傳回給車廠時，則可提供遠端診斷（Remote Diagnosis）服務；保險公司甚至可以依據對駕駛行為的即時或離線監控紀錄（如飛機的汽車黑盒子）來判斷該支付何種等級的保險費用。當然，車主也能從遠端獲得輔助的行車資訊，如交通狀況資訊或車廠進行遠端診斷後的車況報告等。

另一個備受注目的應用則與緊急救難有關。在歐盟的eCall計畫中，預定在2009年9月以後，全部的新車都要具有eCall的配備，此配備將結合碰撞偵測、GPS和行動通訊三大功能，在第一時間自動向泛歐統一的緊急電話號碼112進行通報，除了車輛地理位置之外，eCall還設定可傳送數據資料，以語音和資訊雙重管道讓112接線人員來判定合適的救援方式。

多媒體影音娛樂

雖然影音娛樂系統與行車操控似乎並無直接的關係，但它卻是長途旅程中不可或缺的消遣，也有助於駕駛人放鬆心情；不過，如果影視節目過於吸引駕駛人而造成分心，當然也會適得其反影響行車安全。總之，車載環境中的多媒體娛樂系統也愈來愈受重視，不僅強調提供更多元的視聽功能，而且更加重視影音節目的播放品質。

在車用音訊廣播方面，目前全球存在多種類比與數位的規格，類比方面包括既有的AM及FM頻道，以及美國的天氣頻道（weather band）；數位方面又可分為地面廣播，包括DAB／DMB、Digital Radio Mondiale（DRM）、HD Radio，以及衛星廣播，包括XM Radio、Sirius和WorldSpace。其中數位音訊廣播讓基地台能更有效的利用頻譜、接收性能也能提升，也更容易使用，而且除了聲音的傳送外，它也能同時傳送影像與數據服務，因此會是汽車娛樂的重要應用趨勢。

在視訊方面，目前有愈來愈多的汽車內置顯示螢幕，以用來播放DVD、VCD或DVB-T數位廣播電視。此外，為降低功耗而開發的行動電視（mobile TV）規格也極適用於車載廣播應用，目前全球發展中的主要規格為DVB-H及T-DMB等，以德國在2006年6月率先建置的車載行動電視系統為例，它採用T-DMB規格，除了功耗極低外，即使在時速200公里的速度下，也能正常的運作。

以上這些Telematics的應用都有極大的成長驅動力，一方面是具有實用性、便利性或娛樂性，另一方面則是能讓廣大的產業鏈從中獲利。除了產品製造及加值應用軟體業者外，在通訊方面，電信系統業者能夠從中收取網路接取費用；車廠可以收取額外的追蹤定位、遠端診斷及緊急救援等監控服務費用；LBS及影音內容業者則能從有價的服務中來獲取收益。

Telematics平台與系統規劃

在此且不論獨立式的通訊、導航或播放器裝置，因這屬於3C市場的領域。這裡要剖析的是車裝嵌入式Telematics設備的系統架構。從功能面來看，今日這類設備的基本需求是具備GPS、音訊、語音、影像等功能，而且能提供無線連線的能力，以及能提供語音及數據等加值服務。

所以，車載Telematics設備的規格需求上，必須要能支援GPS定位導航功能、更佳的影像解析度、音效品質、多重的影音媒體格式、多種無線通訊技術，以及多樣化的廣播影音播放功能等。這麼龐雜的功能對系統規劃來說自然是很大的挑戰，嵌入式系統不可能採用PC式的強大處理器及開放架構作法，因此必須採用一套專屬性的軟硬體平台來滿足這些需求。

Telematics系統平台在硬體部分的核心由應用處理器（Application processor）和GPS接收器晶片所組成，以ST平台中的多核心處理器來說，即採用分散式處理架構，透過音訊及視訊加速器來分擔主處理器（ARM9）的工作，此外，3D繪圖加速器則有助於3D地圖的繪製。如(圖三)所示。

《圖三　Telematics平台架構示意圖 》 資料來源：ST

此外，Telematics硬體平台必須支援包括硬碟（HDD）、DVD播放器等廣泛的週邊介面，以延伸此平台的功能。其中CAN匯流排是與車載系統中其他單元連結的重要介面，因此Telematics裝置往往也需內建CAN Bus控制器；MOST則是因應車用影音多媒體而出現的新高速匯流排規格。在無線連結上，藍牙是免持聽筒功能、自主式導航及遠端診斷功能的主流選擇技術；在電子收費系統方面，則需支援DSRC及高階數據連結控制（High level Datalink Control）等功能。

軟體功能也是決定Telematics設備好壞的一大關鍵，首先是作業系統的選擇，由於是車載嵌入式系統，車廠對內裝設備的可靠性要求遠高於3C設備，一般的作業系統難以滿足車載系統中震動、使用壽命長的條件，因此Telematics軟體平台往往會選用專屬性的RTOS嵌入式作業系統，例如Wind River的VxWorks、QNX Software的QNX及Acclerated Technology的Nucleus Plus。

在作業系統之上則是中介軟體（Middleware）和應用軟體，好的中介軟體能加速對特定功能的開發時程，也能擴展應用上的功能，例如加速DVB-H行動電視的電子選單功能建置。Telematics的重要應用軟體則包括A-GPS、方位推估（Dead Reckoning, DR）、LBS位置服務、遠端診斷等加值應用功能。

導航定位功能

GPS接收器無疑是Telematics平台中的一項核心單元，其效能指標為準確性（Position accuracy）、靈敏度（Sensitivity）、第一次定位時間（Time to first fix；TTFF）及通道數量（channel number），其組成架構則包括天線、接收器（RF射頻及baseband基頻）和驅動軟體。

在GPS裝置中，1575.42 MHz的L1衛星訊號經天線接收及RF前端轉換為數位訊號後，會經由相關器（correlator）來比對擷取到的衛星編號，再透過ARM處理器來運算得出位置資訊，此一數據資訊會再送到系統的主處理器端，進一步與GIS地圖引擎整合以顯示所在街道位置，或透過無線通訊介面傳出位置資訊，讓遠端的伺服器能提供進一步的位置相關服務。

《圖四　GPS接收器硬體組成架構示意圖 》 資料來源：ST

今日GPS接收器的功能不斷提升，以相關器的通道數量為例，已從標準的12 channels，提升到16 channels，甚至是32 channels，這有助於靈敏度的提升及縮短TTFF時間；在接收器中的ARM核心也從ARM7朝ARM9的世代進展。此外，為因應歐盟預定2008年開始部分試用Galileo衛星系統，GPS與Galileo並存、甚至共同工作的雙工模式，也是接收器功能的重要發展趨勢。

針對彈性（flexibility）、成本（cost）和效能（performance）的需求不同，GPS接收器的設計策略也會不同。若強調的是彈性功能，系統業者最好選擇射頻與基頻獨立的雙晶片模式，在記憶體方面則以Flash-based的作法為佳，並注意元件廠商是否提供DR、A-GPS、藍芽等加值性應用功能。

若最在乎的是成本議題，將射頻與基頻整合設計的系統單晶片（SoC）或系統單封裝（SiP）會是最佳的選擇。這類作法有助於降低總體物料（BOM）成本，也可省下調校射頻與基頻整合的研究心力，並加速產品上市時間。若行有餘力開發高效能的接收器，那麼處理器效能、相關器通道數量、記憶體容量及高速的對外連結介面，則是進一步選用的重點。

以ST的產品為例，強調彈性化的整套解決方案，整合32位元微處理器ARM7TDMI和一個嵌入式快閃記憶體（embedded flash），並能廣泛支援CAN、SPI、UART、I2C、USB等介面，以及RTCA-SC159／WAAS／EGNOS等GPS系統。此外，ST的產品更擁有外接記憶體介面，可以作為遠端資訊處理服務平台，允許免黏接邏輯（glueless）而與GSM/GPRS模組、晶片卡、音頻功能DSP等外部裝置相連，非常適用於汽車領域，如(圖五)所示。

《圖五　具彈性的GPS接收器架構》

另一款ST的產品能將基頻與射頻功能整合於小型的QFN-68封裝之中，由於只需要用到少數的外部元件，因此能節省成本，產品設計更為輕薄短小，並具低功耗優勢。此外在基頻部分採用ARM7TDMI為核心，時脈可高達66MHz；在射頻部分為主動天線系統，含有易與被動天線連接的介面。

多媒體功能

Telematics／Infotainment在多媒體的支援能力上，一方面是必須支援廣泛的影音格式，如音效上的MP3、AAC、WMA、AMR、MIDI等；視訊上有MPEG-2、MPEG-4、H.264、VC-1等；圖像上有JPEG、JPEG2000；動畫上有2D、3D、SVG等。此外，應用處理器還得提供彈性的輸出畫質，如QCIF、QVGA、VGA、WVGA或HD畫質。

在電視及音訊廣播的收視、收聽上，因汽車處於高速移動中，且經常會行經訊號微弱或干擾強烈的地方，因此車載廣播系統需採用高階的數位處理技術來提升收訊的品質。由於全球具有多種類比（AM／FM和美國天氣頻道）及數位音訊廣播（DAB、DRM、HD Radio）服務，國際性的車廠往往會得廣泛支援這些規格。除了音訊訊號處理功能外，由於對RDS（Radio Data System）管理的支援是今日汽車音訊廣播必須具備的功能。

前瞻性功能

在車載Telematics應用中，仍有不少在發展中的前瞻性技術，其中輔助GPS的DR功能及感測警示功能相當值得重視。當汽車開入隧道等收不到衛星訊號的地方時，DR功能可以延續一段時間的方位推估，讓GPS裝置的導航定位功能不致於中斷。DR的建置上必須與陀螺儀（Gyrometer）及里程計（Odometer）或3D加速計整合，以推算出汽車的行進距離與方向，再進一步推算出汽車移動的軌跡，請參考(圖六)。在短距離內，DR系統所提供的資料比GPS的信號來得準確，因此可作為短距離內的汽車定位誤差修正輔助，不過，當時間增加時，誤差累積效應會愈來愈大，導航的精確度就會大幅下降。

《圖六　DR與GPS接收器整合電路架構 》 資料來源：ST

感測警示則是Telematics與駕駛輔助系統結合的重要應用趨勢。以ST與Mobileye共同推出的視覺晶片系統為例，即結合了駛離車道報警、正面碰撞報警和視覺雷達檢測三合一的主動安全功能。它能同時對車道、車輛、街道、交通號誌及行人進行偵測，即使在夜間仍能辨識；在進行正確的感測辨識後，透過相關程式的處理判斷，這個視覺晶片系統產品能提供智慧前車燈控制、駕駛輔助與主動式安全技術的道路偏離警告、前端碰撞警告等功能，如(圖七)所示。

《圖七　ST與Mobileye共同開發的視覺晶片系統 》 資料來源：ST

結論

當電子、資訊、網路等先進的數位應用一起進入汽車市場，讓這個產業展現了煥然一新的風采。這些新技術讓汽車能夠達到更安全、可靠、方便、舒適、娛樂等訴求，Telematics／Infotainment即是一項新的重要應用領域。

若就DVD／CD播放或廣播收訊來說，Telematics的這些功能並無太大的特別之處，但由於車載環境屬於高可靠性訴求的嵌入式系統環境，因此會對軟、硬體元件及系統有高規格的要求，此外，供應商也得承諾提供長期且穩定的供貨，才有可能取得Automotive Qualified的資格。

當Telematics的功能進入GPS、通訊與感測監視系統的整合階段，則為行車提供了嶄新的服務。這些服務包括LBS、自動收費、遠端診斷、緊急救援、保險分級等等。這些服務讓涵蓋設備、電信、車廠和內容服務業者能從中受惠，但也考驗了產業鏈的整合建置能力。

最後，以晶片廠商的角度，必須為設備業者及車廠提供符合汽車產業的平台、元件及參考設計方案。一個完善且彈性的平台，有助於業者依自己的需求進行客製化；並且，配套的週邊元件及加值軟體的供應，則能進一步加速產品設計的時程，進而推出具市場區隔性的最佳化產品。

（作者為意法半導體STelectronics大中華區汽車廣播及多媒體部門技術行銷經理）