嵌入式車載計算機設計
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4 嵌入式車載計算機AUTO PC（車載終端設備）
該設備采用嵌入式系統(tǒng)，把計算機直接嵌入到應用系統(tǒng)之中，融合了計算機軟/硬件技術、通信技術和半導體微電子技術。嵌入式系統(tǒng)由嵌入式處理器、嵌入式系統(tǒng)硬件和嵌入式應用軟件組成。
4.1 功能描述
經研究，我們要開發(fā)的嵌入式車載計算機（AUTO PC）應當具有以下功能：
4.1.1 通過GPRS 模塊實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸與語音通信即實現(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，使汽車消費者可以方便快捷地享受更豐富的全新的信息服務。采用內置GPRS 模塊，實現(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”（General Packet Radio Service），是在現(xiàn)有GSM 網(wǎng)絡上開通的一種新型的分組數(shù)據(jù)傳輸技術。它允許移動用戶經分組方式發(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)應用的特點。高速傳輸GPRS 采用分組交換的技術，數(shù)據(jù)傳輸速率最高理論值可達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(話務信道)，但實際速度受到編碼的限制和終端的限制，可能會有所不同。
自動切換的GPRS 系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)傳輸與話音傳輸可同時進行或切換進行的優(yōu)勢。也就是說用戶在用移動上網(wǎng)沖浪的同時，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，結合多功能電話手柄或觸摸屏或語音呼叫完成電話撥號，進行車載電話撥接、免提等功能。
4.1.2 與車內控制模塊的數(shù)據(jù)交換處理
現(xiàn)有的別克車內有CLASS 2 和 CAN 兩種總線。其中，發(fā)動機動力控制模塊(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500Kbit/s) 、抗噪性強、可靠性高（自帶錯誤檢查）。在今后幾年內CAN 總線將逐步取代CLASS 2 總線。因此，AUTO PC 采用CAN 總線實現(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)信息進行編碼，最多可標識2032(2.0A)或5 億(2.0B)多個數(shù)據(jù)塊。網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(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 及時獲得發(fā)動機運行參數(shù)；從BCM 獲得車身狀態(tài)信息。同時，AUTO PC 通過總線下達指令控制各模塊，控制發(fā)動機的運轉、控制車門和車窗的狀態(tài)。
4.1.3 在線遠程診斷
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 獲得相關的發(fā)動機進氣、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。時時追蹤車輛信息，同時定位車輛位置，若有故障及時提醒乘客。所有的這些數(shù)據(jù)采集打包發(fā)送到監(jiān)控服務中心。應用分析軟件由于數(shù)據(jù)量大，占用空間大，同時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，用戶可按要求進行，若問題復雜， 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，同時系統(tǒng)自動通知維修中心故障車所在的當前位置、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/服務器的計算環(huán)境分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，各終端機（Auto PC）通過遠程調用（RPC）以SQL 形式請求服務程序提供服務，服務器（監(jiān)控中心）執(zhí)行所需的處理，然后將結果返回給終端機，終端機和服務器之間無線網(wǎng)絡實現(xiàn)無縫協(xié)同計算；在整個系統(tǒng)中，采用TCP/IP 協(xié)議通信，通過數(shù)據(jù)復制技術、兩階段遞交協(xié)議等來確保分布在網(wǎng)絡各個終端的數(shù)據(jù)一致性、完整性和可用性。
4.1.4 車輛導航系統(tǒng)
現(xiàn)有的車載導航系統(tǒng)大體有：車輛獨立導航定位系統(tǒng)、車輛組合導航定位系統(tǒng)。后者又主要有：GPS/DR車輛導航系統(tǒng)、GPS/E-map(電子地圖)導航系統(tǒng)。目前，車上預裝產品多為GPS/E-map 模式。在國內全球定位系統(tǒng)(GPS) 技術已日益成熟，能夠提供車輛導航定位信息。但國內的基礎地理貯存信息（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)展進程中，地理信息變化快，未能及時更新。
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；同時與車內的娛樂系統(tǒng)相結合。另一類是WEBGIS，也即地圖儲存在監(jiān)控中心，即時局部下載更新使用。日本、韓國等城市建設已逐漸完善，道路交通變化不大。因此，大多使用DVD 光盤地圖。我國預裝導航系統(tǒng)的車輛大多也采用此模式。但缺點是：由于我國正處于大規(guī)模經濟建設中，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，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，語音導航實時報告當前方位，并提前通知行車方向；日夜顯示狀態(tài)切換易于在各種時間觀看。
4.1.5 通過USB 接口實現(xiàn)攝像技術
通過USB接口實現(xiàn)倒車攝像功能，提供倒車防撞服務。當變速桿切換到倒檔位置時，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 車內辦公、娛樂功能及其它輔助功能
實現(xiàn)移動辦公，配置多種辦公軟件，如WORD, EXCEL,OUTLOOK 等。通過無線接入INTERNET，實現(xiàn)移動多媒體。移動多媒體還體現(xiàn)在智能無線產品、遠程通信設備和信息處理產品等方面，其中包括提供語音識別系統(tǒng)，使駕駛者不用手動操作；智能信息/娛樂系統(tǒng)，從而騰出雙手控制轉向盤。同時采用“即插即用”的方式使汽車消費者可以方便快捷地更新他們的多媒體產品，享受更豐富的全新服務。
根據(jù)以上設計要求，下面給出了軟硬件系統(tǒng)設計。
4.2 AUTO PC 系統(tǒng)的硬件設計
圖2 硬件結構框圖
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