一種基于時間觸發(fā)模式的汽車防盜系統(tǒng)的設(shè)計

　　1.引言

　　目前防盜器市場的主流產(chǎn)品是電子式防盜器，分為單向防盜器和雙向防盜器，這兩種防盜器都是車主通過遙控器來控制汽車，雙向防盜器可以把車輛的真實狀況反饋給車主。

　　GPS汽車防盜器依托全球定位系統(tǒng)，它將報警信息和報警車輛所在位置無聲地傳送到報警中心。由于車主不能直接控制車輛，價格和使用費用較高，使其推廣應(yīng)用受到很大限制，目前還沒有普遍使用。GSM汽車雙向防盜器是網(wǎng)絡(luò)式防盜器的后起之秀，它依托全球GSM網(wǎng)絡(luò)，車主可直接通過手機(jī)接受報警和控制車輛，性能價格比較好，它代表著汽車防盜器的發(fā)展趨勢，自推出以來收到客戶的青睞。

　　本文提出的汽車嵌入式車載防盜系統(tǒng)屬于GSM防盜系統(tǒng)，沒有采用昂貴的GPS模塊，CPU采用了C51單片機(jī)，市場價格低廉，經(jīng)過多年工業(yè)應(yīng)用，穩(wěn)定可靠，具有很高的性價比。

　　2.時間觸發(fā)模式

　　電子控制系統(tǒng)一般都是實時系統(tǒng)，常需要處理許多并發(fā)事件的輸入數(shù)據(jù)。這些事件的到來次序和幾率通常都是不可預(yù)測的，而且還要求系統(tǒng)必須在事先設(shè)定好的時限內(nèi)作出響應(yīng)。

　　對于如何控制系統(tǒng)的復(fù)雜行為，普遍采用的是事件觸發(fā)方案，即系統(tǒng)的所有行為響應(yīng)外部事件而執(zhí)行。然而，中斷丟失與事件觸發(fā)系統(tǒng)的開銷是人們經(jīng)常忽略的問題。為了滿足安全，低成本及程序盡可能簡單等苛刻要求，電子控制系統(tǒng)的開發(fā)最終走向事件觸發(fā)結(jié)構(gòu)。事件觸發(fā)意味著所有的采樣輸入，計算輸出結(jié)果等相關(guān)的動作在預(yù)定的時間前執(zhí)行，因而能保證準(zhǔn)確的調(diào)度時間。

　　時間觸發(fā)模式是一種利用MCU的硬件定時器產(chǎn)生的時標(biāo)信號對多任務(wù)進(jìn)行調(diào)度的嵌入式軟件模式，它可以應(yīng)用于8位51系列單片機(jī)上。時間觸發(fā)模式可以將控制精度控制在毫秒級，很適合于實時控制系統(tǒng)。在時間觸發(fā)嵌入式系統(tǒng)中，設(shè)計人員能夠通過仔細(xì)安排可控的順序，保證一次只處理一個事件。除了能夠提高可靠性之外，時間觸發(fā)模式中對于存儲器及CPU資源的占用很少，即使在小型嵌入式系統(tǒng)中采用這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也能從中獲益。

　　時間觸發(fā)合作式調(diào)度器通常通過一個定時器硬件定時器來實現(xiàn)，多有的任務(wù)都是時間觸發(fā)的，這也意味著出了定時器中斷以外，沒有其他形式的中斷。硬件定時器將被設(shè)置為產(chǎn)生一個周期中斷信號，這個周期中斷信號頻率可以到1KMz。

　　時間觸發(fā)合作調(diào)度器的主要功能就是喚醒預(yù)先確定好時間執(zhí)行的任務(wù)。在工作期間，調(diào)度器檢查靜態(tài)的任務(wù)鏈表，根據(jù)任務(wù)的周期判斷是否有任務(wù)需要執(zhí)行。如果有則立即執(zhí)行任務(wù)；任務(wù)執(zhí)行完后繼續(xù)檢查任務(wù)鏈表，重復(fù)上一個過程。完成鏈表檢查后，CPU可以進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下一個時鐘節(jié)拍的到來。其任務(wù)調(diào)度機(jī)制如圖1所示。由于合作式調(diào)度器能保證在同一時刻，系統(tǒng)中只有一個任務(wù)被觸發(fā)，而且在任何時刻系統(tǒng)中都可以保證有任務(wù)在執(zhí)行。這樣，系統(tǒng)的使用效率得到了提高。

　　合作式調(diào)度器可靠且可預(yù)測的主要原因式在任何時刻只有一個任務(wù)是活動的，這個任務(wù)運行直到完成，然后把CPU的控制權(quán)交給調(diào)度器。如果采用搶占式調(diào)度，有多個活動任務(wù)執(zhí)行“上下文切換”和“關(guān)鍵段保護(hù)”等將增加系統(tǒng)的開銷。許多研究表明，相對于搶占式調(diào)度器，合作式調(diào)度器具有很多優(yōu)點。

　　3.系統(tǒng)概述

　　3.1系統(tǒng)功能分析和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

　　經(jīng)過需求分析，我們定義了系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)的功能如下：

　　1）系統(tǒng)將監(jiān)視汽車發(fā)動機(jī)的狀態(tài)；

　　2）系統(tǒng)可以接受手機(jī)用戶的設(shè)置，并設(shè)置手機(jī)號碼；

　　3）如果系統(tǒng)報警開啟，汽車啟動時，將通過無線模塊給指定的手機(jī)用戶報警；

　　4）系統(tǒng)接受手機(jī)用戶的控制短信，對汽車進(jìn)行斷油，斷電處理；

　　5）系統(tǒng)接受手機(jī)用戶的查詢短信，可以報告汽車的位置，在市區(qū)可以精確到無線小區(qū)；

　　6）系統(tǒng)將采取確定的措施以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　以上的各項目標(biāo)功能同時也是衡量系統(tǒng)設(shè)計的指標(biāo)。在以后面的設(shè)計中，我們將利用有限狀態(tài)機(jī)等工具將各項功能進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，直到完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。

　　基于對系統(tǒng)工作流程的分析，進(jìn)一步我們可以設(shè)計出系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（圖2），從上面我們可以清晰的看到系統(tǒng)的工作流程。

　　3.2系統(tǒng)模塊構(gòu)成

　　嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中常用模塊化設(shè)計方法，以降低開發(fā)難度，減少各個部分之間的耦合度，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖所示，整個系統(tǒng)主要由CPU，傳感器，RS232接口以及GSM模塊構(gòu)成。其中CPU是系統(tǒng)的核心控制部分，負(fù)責(zé)接受各模塊信號，進(jìn)行處理，并控制其它模塊；傳感器探測汽車被啟動；GPRS模塊用來收發(fā)短信，向車主手機(jī)通過RS232接口與CPU進(jìn)行通信；電子開關(guān)電路用于控制汽車電路系統(tǒng)，能夠達(dá)到對汽車斷油，斷電的目的。