汽車嵌入式計(jì)算平臺(tái)的設(shè)計(jì)

　　電子設(shè)備在汽車中的廣泛應(yīng)用被認(rèn)為是汽車技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一次革命。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展和汽車控制單元的增加，汽車電子技術(shù)正朝著集中化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和模塊化方向發(fā)展。車內(nèi)CAN/LIN總線網(wǎng)絡(luò)的使用使得車內(nèi)各個(gè)控制單元的數(shù)據(jù)可以共享，從而使在汽車嵌入式計(jì)算平臺(tái)上采用多變量多目標(biāo)的綜合協(xié)調(diào)控制成為可能。另一方面，網(wǎng)絡(luò)化拓展了汽車的服務(wù)領(lǐng)域，為汽車的移動(dòng)通信、移動(dòng)辦公、娛樂、導(dǎo)航定位和遠(yuǎn)程診斷與維修提供了技術(shù)基礎(chǔ)，逐步形成了汽車、家庭、社會(huì)一體化的互動(dòng)體系。汽車嵌入式計(jì)算平臺(tái)在該一體化體系中擔(dān)當(dāng)重要角色。

　　本文介紹了車載嵌入式計(jì)算平臺(tái)，它為完成汽車輔助駕駛和安全監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和維修、在線/離線導(dǎo)航定位、娛樂、與家庭互動(dòng)等各項(xiàng)功能提供了很好的軟硬件平臺(tái)。下面將從汽車/家庭/社會(huì)一體化體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算平臺(tái)的硬件體系、軟件體系三個(gè)方面進(jìn)行說明。

　　1 汽車/家庭/社會(huì)一體化體系結(jié)構(gòu)

　　汽車嵌入式計(jì)算平臺(tái)為實(shí)現(xiàn)各種功能服務(wù)提供了良好的軟硬件平臺(tái)。車外網(wǎng)絡(luò)和車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合構(gòu)成了汽車/家庭/社會(huì)一體化的互動(dòng)體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，車內(nèi)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)示意圖見圖2。

　　在圖1中，交通管理中心、汽車服務(wù)中心、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中心和娛樂服務(wù)中心等共同組成汽車遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)，家庭/辦公室和汽車組成汽車/家庭互動(dòng)平臺(tái)體系。其主要提供三類服務(wù)：

　　(1)汽車集成服務(wù)。主要指汽車遠(yuǎn)程診斷服務(wù)和汽車最優(yōu)控制方案服務(wù)。汽車計(jì)算平臺(tái)通過CAN/LIN總線讀取電子控制模塊(ECM)診斷產(chǎn)生的故障代碼，然后通過汽車網(wǎng)關(guān)利用無線通信技術(shù)發(fā)送至最近的汽車服務(wù)中心。汽車服務(wù)中心分析故障代碼形成診斷方案并以服務(wù)的形式發(fā)送到汽車嵌入式網(wǎng)關(guān)，經(jīng)過協(xié)議解析后再發(fā)送到汽車嵌入式計(jì)算平臺(tái)，最后通過人機(jī)接口顯示給駕駛員。汽車制造商同時(shí)向汽車提供下載最佳汽車控制方案的服務(wù)，以適合汽車在不同的行駛條件下運(yùn)行。這些服務(wù)主要由汽車遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)或汽車制造商提供。

　　(2)導(dǎo)航定位服務(wù)。運(yùn)行在車載嵌入式平臺(tái)上的應(yīng)用層軟件接收GPS接收儀發(fā)送的數(shù)據(jù)，借助車載的地理信息系統(tǒng)(電子地圖)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。此外應(yīng)用層軟件還可以把GPS接收的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程汽車服務(wù)平臺(tái)或第三方服務(wù)提供商，再由他們把導(dǎo)航信息以服務(wù)的形式發(fā)送給汽車嵌入式平臺(tái)。這些服務(wù)對準(zhǔn)確性和及時(shí)性要求比較高。如何準(zhǔn)確高效地傳遞這些信息成為決定這類服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。

　　(3) 個(gè)人/娛樂信息服務(wù)。汽車/家庭互動(dòng)平臺(tái)體系使人們可以在駕駛汽車的過程中了解家中的情況，將汽車-家庭連為一體。車載信息處理(Telematics) 系統(tǒng)的地位日益突出。它通過無線通信技術(shù)將安全保密信息或娛樂信息以服務(wù)(Service)的方式傳遞至汽車。

　　2 汽車嵌入式計(jì)算平臺(tái)的硬件體系結(jié)構(gòu)

　　硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)必須根據(jù)其要完成的功能來確定。本項(xiàng)目是將汽車嵌入式網(wǎng)關(guān)集成到計(jì)算平臺(tái)中，因此，計(jì)算平臺(tái)要完成的功能主要為：與遠(yuǎn)程服務(wù)中心的無線通信功能；導(dǎo)航功能；音視頻播放的功能；通過CAN/LIN總線訪問車內(nèi)電子控制模塊的功能等?；?2位ARM內(nèi)核的EP9315處理器具有良好的計(jì)算能力和豐富的外圍接口，在對其做了適當(dāng)?shù)耐鈬鷶U(kuò)展后設(shè)計(jì)出如圖3所示的汽車嵌入式計(jì)算平臺(tái)。

　　EP9315是高度集成的片上系統(tǒng)處理器。它擁有200MHz ARM920T處理器及支持Linux、Windows CE和其他許多嵌入式操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)器管理單元(MMU)。EP9315內(nèi)置一個(gè)高性能1/10/100 Mbps以太網(wǎng)媒體存取控制器(MAC)及外部接口，可連接SPI、I2S音頻、Raster/LCD、IDE存儲(chǔ)外設(shè)、小鍵盤和觸摸屏等。該器件還集成了運(yùn)行速度為12Mbps的三端口USB 2.0全速主機(jī)和3個(gè)UART。PCMCIA接口的無線網(wǎng)卡提供遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的訪問功能，可以實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程服務(wù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的訪問。IDE接口的電子硬盤用來存放地理信息系統(tǒng)，為導(dǎo)航軟件提供電子地圖。GPS接收儀通過串口與EP9315處理器相連，提供實(shí)時(shí)的車輛地理位置信息。觸摸屏是人機(jī)輸入界面，用來完成各種用戶信息的設(shè)置。LCD顯示屏和揚(yáng)聲器是人機(jī)輸出界面，可以播放MPEG4視頻或提示語音報(bào)警信息。CAN/LIN總線接口可以掛接汽車內(nèi)的 CAN/LIN總線，提供對車內(nèi)CAN/LIN總線的訪問。基于上述硬件平臺(tái)所設(shè)計(jì)的軟件能很好地完成計(jì)算平臺(tái)所要完成的各項(xiàng)功能。

　　3 汽車嵌入式計(jì)算平臺(tái)的軟件體系結(jié)構(gòu)

　　軟件平臺(tái)采用嵌入式Linux設(shè)計(jì)。上文已對軟件部分要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了一定的描述。其中導(dǎo)航任務(wù)是一個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)，而Linux不具有實(shí)時(shí)功能，因此需要改進(jìn)Linux，使其支持實(shí)時(shí)任務(wù)。基于實(shí)時(shí)Linux的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。