嵌入式車載計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)
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4 嵌入式車載計(jì)算機(jī)AUTO PC（車載終端設(shè)備）
該設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)，把計(jì)算機(jī)直接嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)之中，融合了計(jì)算機(jī)軟/硬件技術(shù)、通信技術(shù)和半導(dǎo)體微電子技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)由嵌入式處理器、嵌入式系統(tǒng)硬件和嵌入式應(yīng)用軟件組成。
4.1 功能描述
經(jīng)研究，我們要開發(fā)的嵌入式車載計(jì)算機(jī)（AUTO PC）應(yīng)當(dāng)具有以下功能：
4.1.1 通過GPRS 模塊實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸與語音通信即實(shí)現(xiàn)無線接入INTERNET 和接聽電話。通過將因特網(wǎng)的功能集成到車輛中，使人們在車上就可以上網(wǎng)瀏覽、收發(fā)郵件等，使汽車消費(fèi)者可以方便快捷地享受更豐富的全新的信息服務(wù)。采用內(nèi)置GPRS 模塊，實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)。GPRS 是一種高速、高效的無線系統(tǒng)，全稱為“通用分組無線業(yè)務(wù)”（General Packet Radio Service），是在現(xiàn)有GSM 網(wǎng)絡(luò)上開通的一種新型的分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。它允許移動(dòng)用戶經(jīng)分組方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸，而這一情形正是大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點(diǎn)。高速傳輸GPRS 采用分組交換的技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率最高理論值可達(dá)171.2kbps ，使用的信道類型既可以是DCH(專用信令信道)也可以是TCH(話務(wù)信道)，但實(shí)際速度受到編碼的限制和終端的限制，可能會(huì)有所不同。
自動(dòng)切換的GPRS 系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)傳輸與話音傳輸可同時(shí)進(jìn)行或切換進(jìn)行的優(yōu)勢。也就是說用戶在用移動(dòng)上網(wǎng)沖浪的同時(shí)，可以接收語音電話。利用語言通道控制程序，通過對無線模塊的控制，結(jié)合多功能電話手柄或觸摸屏或語音呼叫完成電話撥號，進(jìn)行車載電話撥接、免提等功能。
4.1.2 與車內(nèi)控制模塊的數(shù)據(jù)交換處理
現(xiàn)有的別克車內(nèi)有CLASS 2 和 CAN 兩種總線。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力控制模塊(ECM)與車身電子模塊(BCM)之間的通信采用CALSS 2 總線，而ECM 與變速箱控制模(TCM)之間是采用CAN 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。但由于CAN 通信簡單（只要求雙絞線）、速率快 (高速CAN 可達(dá)500Kbit/s) 、抗噪性強(qiáng)、可靠性高（自帶錯(cuò)誤檢查）。在今后幾年內(nèi)CAN 總線將逐步取代CLASS 2 總線。因此，AUTO PC 采用CAN 總線實(shí)現(xiàn)與車載模塊的通信。
CAN 是一種多主競爭總線形式，廢除傳統(tǒng)的站地址編碼方式，代之以對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，最多可標(biāo)識2032(2.0A)或5 億(2.0B)多個(gè)數(shù)據(jù)塊。網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。非常適合現(xiàn)代汽車各電子控制單元之間的互連通信。因此，AUTO PC 可以通過CAN 總線獲得大量共享數(shù)據(jù)，從ECM 及時(shí)獲得發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)；從BCM 獲得車身狀態(tài)信息。同時(shí)，AUTO PC 通過總線下達(dá)指令控制各模塊，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、控制車門和車窗的狀態(tài)。
4.1.3 在線遠(yuǎn)程診斷
AUTO PC 通過CAN 總線從各控制模塊獲得大量的車況信息，如從ECM 獲得相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、排氣、供油以及各傳感器的數(shù)據(jù)量，變速箱的狀態(tài)信息，以及相關(guān)的車身狀態(tài)信息，如門狀態(tài)、窗狀態(tài)、燈狀態(tài)等狀態(tài)信息量。時(shí)時(shí)追蹤車輛信息，同時(shí)定位車輛位置，若有故障及時(shí)提醒乘客。所有的這些數(shù)據(jù)采集打包發(fā)送到監(jiān)控服務(wù)中心。應(yīng)用分析軟件由于數(shù)據(jù)量大，占用空間大，同時(shí)也為滿足多客戶要求，只能存放于監(jiān)控中心。監(jiān)控中心得到這些數(shù)據(jù)包后，解壓縮釋放數(shù)據(jù)，通過專用的軟件分析代碼，得出故障信息，若故障原因簡單，給出解決方法和步驟，用戶可按要求進(jìn)行，若問題復(fù)雜， 由于裝配有GPS，系統(tǒng)給出距故障車最近的維修地址和聯(lián)系方法，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)通知維修中心故障車所在的當(dāng)前位置、車主、車號。
采集到的車輛信息與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸采用分布式數(shù)據(jù)處理，采用了基于客戶機(jī)/服務(wù)器的計(jì)算環(huán)境分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，各終端機(jī)（Auto PC）通過遠(yuǎn)程調(diào)用（RPC）以SQL 形式請求服務(wù)程序提供服務(wù)，服務(wù)器（監(jiān)控中心）執(zhí)行所需的處理，然后將結(jié)果返回給終端機(jī)，終端機(jī)和服務(wù)器之間無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無縫協(xié)同計(jì)算；在整個(gè)系統(tǒng)中，采用TCP/IP 協(xié)議通信，通過數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)、兩階段遞交協(xié)議等來確保分布在網(wǎng)絡(luò)各個(gè)終端的數(shù)據(jù)一致性、完整性和可用性。
4.1.4 車輛導(dǎo)航系統(tǒng)
現(xiàn)有的車載導(dǎo)航系統(tǒng)大體有：車輛獨(dú)立導(dǎo)航定位系統(tǒng)、車輛組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)。后者又主要有：GPS/DR車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS/E-map(電子地圖)導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，車上預(yù)裝產(chǎn)品多為GPS/E-map 模式。在國內(nèi)全球定位系統(tǒng)(GPS) 技術(shù)已日益成熟，能夠提供車輛導(dǎo)航定位信息。但國內(nèi)的基礎(chǔ)地理貯存信息（GIS）不能滿足需求，主要原因是：研發(fā)起步較晚；我國正處高速發(fā)展進(jìn)程中，地理信息變化快，未能及時(shí)更新。
GPS/E-map 模式中，對E-map 的處理方式主要有兩類。一類是將地圖貯存在DVD 光盤上；同時(shí)與車內(nèi)的娛樂系統(tǒng)相結(jié)合。另一類是WEBGIS，也即地圖儲(chǔ)存在監(jiān)控中心，即時(shí)局部下載更新使用。日本、韓國等城市建設(shè)已逐漸完善，道路交通變化不大。因此，大多使用DVD 光盤地圖。我國預(yù)裝導(dǎo)航系統(tǒng)的車輛大多也采用此模式。但缺點(diǎn)是：由于我國正處于大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，城市發(fā)展變化快，地圖更新頻繁，需要不斷更替DVD 光盤。故本系統(tǒng)的地圖模式采用WEBGIS。同時(shí)，系統(tǒng)還嵌入了最新版本的分布式語音系統(tǒng)，駕駛中無須觀看屏幕，語音導(dǎo)航實(shí)時(shí)報(bào)告當(dāng)前方位，并提前通知行車方向；日夜顯示狀態(tài)切換易于在各種時(shí)間觀看。
4.1.5 通過USB 接口實(shí)現(xiàn)攝像技術(shù)
通過USB接口實(shí)現(xiàn)倒車攝像功能，提供倒車防撞服務(wù)。當(dāng)變速桿切換到倒檔位置時(shí)，Auto PC 顯示攝像頭攝制的車輛后方畫面，方便駕駛員倒車，避免意外發(fā)生。
4.1.6 車內(nèi)辦公、娛樂功能及其它輔助功能
實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公，配置多種辦公軟件，如WORD, EXCEL,OUTLOOK 等。通過無線接入INTERNET，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)多媒體。移動(dòng)多媒體還體現(xiàn)在智能無線產(chǎn)品、遠(yuǎn)程通信設(shè)備和信息處理產(chǎn)品等方面，其中包括提供語音識別系統(tǒng)，使駕駛者不用手動(dòng)操作；智能信息/娛樂系統(tǒng)，從而騰出雙手控制轉(zhuǎn)向盤。同時(shí)采用“即插即用”的方式使汽車消費(fèi)者可以方便快捷地更新他們的多媒體產(chǎn)品，享受更豐富的全新服務(wù)。
根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，下面給出了軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
4.2 AUTO PC 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
圖2 硬件結(jié)構(gòu)框圖
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