基于SOPC技術(shù)的交通事故自動(dòng)處理設備

1 引 言

當今，道路建設跟不上機動(dòng)車(chē)輛的日益增多所帶來(lái)的負荷量，加之交通警力的缺乏，導致機動(dòng)車(chē)輛事故頻發(fā)。一些輕微的刮蹭的發(fā)生卻常常導致主干道的大堵塞。自行解決非重大交通事故無(wú)疑成為了解決這一問(wèn)題的理想途徑?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/SOPC">SOPC技術(shù)的交通事故自動(dòng)處理設備可置于每部機動(dòng)車(chē)輛中，達到自動(dòng)處理交通事故的目的，成本低，實(shí)用性、可擴展性強。

本設備設計目標：當機動(dòng)車(chē)行駛途中遇到車(chē)禍，車(chē)主可首先通過(guò)該設備通過(guò)配備的GPS進(jìn)行定位，通過(guò)設備上的GSM與交管部門(mén)取得聯(lián)系，通過(guò)設備上的攝像機記錄車(chē)禍現場(chǎng)和車(chē)牌號等相關(guān)信息，設備還可搭載基于SOPC上的無(wú)線(xiàn)電通訊設備實(shí)現與相關(guān)部門(mén)的語(yǔ)音通訊。

2 硬件組成

設計采用Altera公司的SOPC開(kāi)發(fā)工具，系統的開(kāi)發(fā)包括硬件和軟件兩大部分，使用SOPC Builder生成NIOS，NIOSⅡ嵌入式處理器。NIOS，NIOSⅡ嵌入式處理器開(kāi)發(fā)工具允許用戶(hù)配置一個(gè)或多個(gè)NIOS，NIOSⅡCPU，從標準庫中添加外圍設備，綜合處理自定義系統，與QuartusⅡ設計軟件一起編譯系統。硬件框圖如圖1所示。

2.1 GPS與GSM部分

NIOS-1同鍵盤(pán)、LED和LCD顯示器、汽車(chē)中控系統以及GPS系統等外部設備的連接比較簡(jiǎn)單，GSM系統的連接較為復雜，將在軟件部分加以說(shuō)明。這部分的工作流程是：來(lái)自汽車(chē)中控系統和GPS系統的信息可以顯示在LED和LCD顯示器上，也可以通過(guò)GSM系統進(jìn)行無(wú)線(xiàn)發(fā)送。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)對系統進(jìn)行控制，交管部門(mén)也可以通過(guò)GSM系統對汽車(chē)中控系統進(jìn)行遠程無(wú)線(xiàn)控制。

2.2 攝像頭部分

采用SCCB控制器控制攝像頭。系統中使用的攝像頭型號是Omni Vision公司的OV7649CAMERACHIPS芯片及其配套的CMOS鏡頭。這是一款低電壓的CMOS圖像傳感器芯片，通過(guò)其特有的SCCB(Serial Camera ControlBus)總線(xiàn)的控制，可以實(shí)現全幀、半幀、子采樣等各種形式的圖像輸出，輸出格式可選擇配制成YUV，RGB或者原始RGB等，另外可進(jìn)行自動(dòng)曝光控制，圖像增益控制等，而所有的配置都是通過(guò)SCCB總線(xiàn)進(jìn)行更改。狀態(tài)機模型可簡(jiǎn)化為6種狀態(tài)：Idle空閑；Bit_Start比特開(kāi)始；Bit_Mid_LOW比特傳輸中低位傳輸；Bit_Mid_HIGH比特傳輸中高位傳輸；Bit_End比特傳輸結束；Trans_End整個(gè)傳輸結束。根據具體的跳轉流程，用VHDL語(yǔ)言中的條件語(yǔ)句可以方便地完成，在此不再贅述。

TYPE states IS(Idle，Bit_Start，Bit_Mid_LOW，Bit_Mid_HIGH，Bit_End，Trans_End)；SIGNAL now-State：states；下面對其中填充幀數據的過(guò)程進(jìn)行描述：


在仿真過(guò)程中，由于要就很長(cháng)一段時(shí)間的信號進(jìn)行分析，所以限于篇幅，無(wú)法將仿真結果盡列于此。在工程實(shí)際使用中，SCCB總線(xiàn)控制模塊已經(jīng)被驗證無(wú)誤，能夠正確地實(shí)現攝像頭的配置，并且拍出的圖片質(zhì)量也達到了預期水平。



2.3 無(wú)線(xiàn)電通訊部分

這一部分是整個(gè)系統中最復雜也是占用資源最多的一部分。在此重點(diǎn)闡述。該部分同樣采用SOPC技術(shù)實(shí)現的無(wú)線(xiàn)電通訊功能可以比傳統的無(wú)線(xiàn)電系統減少成本。并且整合了整個(gè)系統使其都基于FPGA開(kāi)發(fā)板上。這部分的功能實(shí)現如下：將語(yǔ)音編解碼程序移植到兩個(gè)NIOSⅡ(NIOSⅡ-1，NIOSⅡ-2)軟核處理器上實(shí)現；利用PCIIP核在FPGA中增加了32 B的PCI Slave總線(xiàn)接口。利用NIOSⅡ-3處理器實(shí)現了系統參數的動(dòng)態(tài)配置功能，并實(shí)現了原系統中通用控制器的控制管理功能；利用NIOSⅡ-4軟核處理器完成卷積碼編碼和維特比譯碼；在系統中加入了以太網(wǎng)IP核，配合外部以太網(wǎng)PHY接口芯片為電臺擴展了以太網(wǎng)接口，并增加了SDRAM控制器，為系統外擴了SDRAM存儲器，進(jìn)一步增強了電臺的數據處理能力。在用戶(hù)邏輯中設計了可變長(cháng)度的匹配濾波器，完成擴頻信號的解擴，數據的解調。

在該部分系統中，NIOSⅡ-1處理器用來(lái)實(shí)現實(shí)時(shí)的24 k。32 k速率∑-△語(yǔ)音編碼器，NIOSⅡ-2處理器用來(lái)實(shí)現∑-△語(yǔ)音的實(shí)時(shí)解碼器，這兩個(gè)處理器采用NIOSⅡPF高速型32位內核；NIOSⅡ-3處理器采用標準型內核，用來(lái)完成系統參數的配置、人機交互界面、電臺管理和控制以及系統中FLASH配置內容的在線(xiàn)更新工作；系統增加的10／100 M以太網(wǎng)接口支持設備通過(guò)網(wǎng)絡(luò )遠程配置和管理，包括電臺使用偽碼的下發(fā)、電臺使用密鑰的下發(fā)、系統參數的遠程更新、新功能的重新配置等，為實(shí)現一定區域中所有工作電臺的空中管理提供了可能。通過(guò)在FPGA中增加NIOSⅡ-4處理器，用來(lái)實(shí)現信道編碼和譯碼，提高系統的誤碼率性能，以很小的代價(jià)方便地為電臺引入數傳功能。我們在使用(2，1，7)卷積碼配合維特比譯碼進(jìn)行仿真，使用了一個(gè)NIOSⅡPF等級的處理器配合少量用戶(hù)邏輯，完成了不低于10 kb／s速率的卷積編碼和維特比譯碼工作。

3 軟件部分

在此著(zhù)重介紹GPS／GS部分的系統軟件組成：系統軟件主要由主程序、GPS管理子程序和GSM管理子程序等部分組成。主程序完成系統的初始化，以及鍵盤(pán)、LED、LCD顯示器和汽車(chē)中控系統的操作管理等。GPS管理子程序主要負責從GPS系統接收時(shí)間和位置信息。請求GPS系統返回ASCII時(shí)間位置信息的二進(jìn)制命令為：



日期：mm是月(01～12)，dd是日(01～31)，yy是年(99～19)。

世界時(shí)間(UTC)：hh是時(shí)(00～23)，mm是分(00～59)，ss是秒(00～59)。

緯度：dd是度(00～90)，mm.mmmm是分(00～59.9999)，n是方向(N是北，S是南)。

經(jīng)度：ddd是度(000～180)，mm.mmmm是分(00～59.9999)，w是方向(W是西，E是東)。

信息長(cháng)度是96字節。

對應的管理子程序為：



GSM管理子程序主要負責GSM系統的數據收發(fā)管理。GSM系統的數據收發(fā)以短信形式進(jìn)行，選擇短信格式的AT命令為AT+CMGF，收發(fā)短信的AT命令分別為AT+CMGR和AT+CMGS，對應的管理子程序為：


4 結語(yǔ)

本文設計一個(gè)應用SOPC技術(shù)實(shí)現的交通事故自動(dòng)處理設備，利用SOPC技術(shù)提高了交警對事故處理的速度，且傳送性能穩定。實(shí)驗表明把SOPC技術(shù)引入交通部門(mén)的事故管理中，不僅能節省交通部門(mén)處理事故的費用，而且提高交警處理事故的效率，為交通部門(mén)提供精確、可靠的信息，具有很好的理論意義和實(shí)際價(jià)值。