嵌入式車(chē)輛

前 言 
隨著(zhù)GPS定位精度的提高和模塊成本的不斷下降，一些企業(yè)開(kāi)始采用具有GPS定位功能的車(chē)輛行駛記錄儀實(shí)現對企業(yè)車(chē)輛的管理，但一直存在著(zhù)數據下載及任務(wù)管理繁瑣的難題。如果采用RS-232接口實(shí)現數據下載或任務(wù)設置需要與筆記本電腦或主機連接，而采用GPRS實(shí)現數據遠程下載或任務(wù)設置又會(huì )提高運營(yíng)費用。針對數據管理的這一難題，本文提出采用目前普遍流行的U盤(pán)作為數據管理工具，通過(guò)USB HOST接口實(shí)現對車(chē)輛記錄數據的快速下載和出行任務(wù)的靈活設置。 

硬件結構設計 

用于企業(yè)車(chē)輛管理的行駛記錄儀需要具備的基本功能有：數據安全記錄、狀態(tài)檢測、工作狀態(tài)指示、軌跡信息獲取、時(shí)間信息獲取、記錄數據下載、任務(wù)設置信息上載、電源管理及防破壞等功能。記錄儀總體功能結構如圖1所示。 



圖 1 車(chē)輛行駛記錄儀總體功能結構  
GPS模塊定位后，將車(chē)輛所在點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、時(shí)間和速度等信息通過(guò)串口送到微控制器；狀態(tài)檢測模塊根據任務(wù)設置參數實(shí)現對車(chē)內傳感信息的采集，并將采集數據送到微控制器；鐵電存儲和Flash數據存儲共同完成對車(chē)輛行駛信息的存儲，鐵電存儲同時(shí)保留任務(wù)設置信息；電源管理模塊可以防止電源人為切斷后數據的丟失，通過(guò)啟用內部的備用電源實(shí)現對設備的安全保護；SL811和微控制器一起實(shí)現數據綜合管理，包括記錄數據的下載和任務(wù)設置信息的上載功能；微控制器實(shí)現對各種綜合信息的處理、壓縮、存儲，并通過(guò)控制模塊實(shí)現對車(chē)輛狀態(tài)的控制。 
uPSD3253微控制器 

uPSD3253由兩個(gè)主要的功能模塊組成,即MCU模塊和PSD模塊。MCU模塊包含了標準的8032內核以及外圍電路和其他系統支持功能。PSD模塊為8032 CPU提供可配置的程序空間（32K Bytes的主Flash和128K Bytes的次Flash）和數據存儲空間（32k Bytes RAM），另外它還提供了A、 B、 C、 D是四個(gè)通用I/O口端口組以及用于常規邏輯設計的16個(gè)PLD宏單元的，可以實(shí)現記錄儀功能的高度集成和靈活配置。同時(shí)，由于該微控制器具有比較豐富的RAM資源和Flash資源，因此可以在該微控制器上直接運行μC／OS-II實(shí)時(shí)操作系統，這樣大大提高了整個(gè)軟件系統運行的可靠性。 

FRAM+Flash數據存儲 

為了提高Flash存儲空間的利用率以及數據的安全性，數據在進(jìn)行存儲之前要經(jīng)過(guò)壓縮和加密。每次任務(wù)設置過(guò)程中，加密基數不同。為了方便對記錄數據的管理，數據在存儲器中按記錄來(lái)存儲，每條記錄為固定的32個(gè)字節，每條記錄包含日期、時(shí)間、經(jīng)度、緯度、速度、方位角、傳感信息、控制信息、電源信息。數據的記錄可以通過(guò)事件觸發(fā)或定時(shí)設置觸發(fā)，這需要通過(guò)任務(wù)設置信息的具體要求來(lái)判斷。 

數據的存儲采用了兩級硬件結構，并結合了指針管理技術(shù)。本設計采用了三星K9F5608 Flash。Flash的一頁(yè)為528個(gè)字節，其中512個(gè)字節用于正常數據存儲，其余16個(gè)字節用于錯誤處理。寫(xiě)和讀以頁(yè)為單位，而擦除以塊為單位，由于記錄數據每條為32個(gè)字節，因此存儲夠16條記錄（16*32=512 Bytes）后才能將數據寫(xiě)入Flash，這就需要采用緩存機制。緩存機制的選擇可以采用以下三種： 

RAM+Flash：這種機制是存取速度快，但要占大量的微控制器資源，而且掉電后數據會(huì )丟失，這會(huì )導致關(guān)鍵數據無(wú)法獲??； 

EEPROM+Flash：這種機制雖然能夠在掉電后保持數據，但存取速度太慢，不適宜高速數據記錄，而且記錄次數有限； 

FRAM+Flash：由于鐵電存儲器讀寫(xiě)速度快，掉電后能夠保持數據，而且可以無(wú)限次讀寫(xiě)，因此非常適合于車(chē)輛行駛記錄儀中使用。 

軟件設計 

記錄儀軟件主要包括記錄數據的下載和任務(wù)設置信息的上載兩方面，本設計采用的USB Host通信方式實(shí)現對數據的靈活管理和快速傳輸。在具體設計過(guò)程中，應用SL811HS控制芯片和主控uPSD3253 MCU，實(shí)現了對U盤(pán)的讀寫(xiě)操作。SL811HS是嵌入式USB Host/Slave 控制器，它與uPSD3253通過(guò)并口進(jìn)行通信。 

通過(guò)SL811HS和uPSD3253對U盤(pán)的讀寫(xiě)層次結構如圖2所示，主要分為四個(gè)層次。其中： 

  
接口電路操作層：是指uPSD3253根據SL811HS的接口操作時(shí)序，對SL811HS的寄存器、接收緩存、發(fā)送緩存進(jìn)行相應的讀或寫(xiě)操作。 
 
圖2 U盤(pán)讀寫(xiě)層次結構圖  
USB協(xié)議層：實(shí)現對SL811HS硬件的初始化、USB數據的接收、發(fā)送以及硬件枚舉等過(guò)程； 
文件操作層：包含文件操作函數集和文件系統函數集兩部分。文件操作函數集實(shí)現海量存儲協(xié)議中的命令操作，文件系統函數集實(shí)現對FAT表進(jìn)行定位、搜索、讀寫(xiě)等操作； 

用戶(hù)命令接口層：根據通信協(xié)議，接收用戶(hù)命令信息，并對命令信息進(jìn)行相應處理； 

為了確保數據管理的安全性，本設計在通過(guò)U盤(pán)下載記錄數據以及上載設置任務(wù)信息之前，先要對U盤(pán)進(jìn)行安全認證，只有帶有本系統附加軟件處理過(guò)的U盤(pán)，才能正常使用。 

數據下載及任務(wù)設置信息上載程序包含以下幾部分： 

(1) 檢測是否有U盤(pán)插入---通過(guò)中斷來(lái)觸發(fā)； 

(2) 驗證U盤(pán)的合法性---與系統密碼對比校驗； 

(3) 檢查任務(wù)設置信息---將合法的設置信息保存到FRAM中； 

(4) 創(chuàng )建新的數據下載文件---在U盤(pán)中創(chuàng )建文件，根據時(shí)間來(lái)命名； 

下載最新的記錄數據---從Flash讀取一頁(yè)數據到RAM，然后寫(xiě)到新創(chuàng )建的文件中，重復這一過(guò)程，直到所有數據都下載完成，數據下載完成后，有相應的指示燈指示。 

結 語(yǔ) 

嵌入式車(chē)輛行駛記錄儀的設計充分發(fā)揮了uPSD3253微控制器強大的功能、簡(jiǎn)化了外圍電路設計，同時(shí)采用嵌入式USB數據管理機制，不僅解決了以往車(chē)輛行駛記錄儀中數據難以管理的問(wèn)題，而且大大降低了硬件成本。采用本設計的車(chē)輛行駛記錄儀已應用到企事業(yè)單位的車(chē)輛管理中，實(shí)現了對車(chē)輛運營(yíng)的透明化管理，節約了運營(yíng)費用。