嵌入式車(chē)載計算機設計
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4 嵌入式車(chē)載計算機AUTO PC（車(chē)載終端設備）
該設備采用嵌入式系統，把計算機直接嵌入到應用系統之中，融合了計算機軟/硬件技術(shù)、通信技術(shù)和半導體微電子技術(shù)。嵌入式系統由嵌入式處理器、嵌入式系統硬件和嵌入式應用軟件組成。
4.1 功能描述
經(jīng)研究，我們要開(kāi)發(fā)的嵌入式車(chē)載計算機（AUTO PC）應當具有以下功能：
4.1.1 通過(guò)GPRS 模塊實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據傳輸與語(yǔ)音通信即實(shí)現無(wú)線(xiàn)接入INTERNET 和接聽(tīng)電話(huà)。通過(guò)將因特網(wǎng)的功能集成到車(chē)輛中，使人們在車(chē)上就可以上網(wǎng)瀏覽、收發(fā)郵件等，使汽車(chē)消費者可以方便快捷地享受更豐富的全新的信息服務(wù)。采用內置GPRS 模塊，實(shí)現無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)。GPRS 是一種高速、高效的無(wú)線(xiàn)系統，全稱(chēng)為“通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)”（General Packet Radio Service），是在現有GSM 網(wǎng)絡(luò )上開(kāi)通的一種新型的分組數據傳輸技術(shù)。它允許移動(dòng)用戶(hù)經(jīng)分組方式發(fā)送和接收數據，特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸，而這一情形正是大多數互聯(lián)網(wǎng)應用的特點(diǎn)。高速傳輸GPRS 采用分組交換的技術(shù)，數據傳輸速率最高理論值可達171.2kbps ，使用的信道類(lèi)型既可以是DCH(專(zhuān)用信令信道)也可以是TCH(話(huà)務(wù)信道)，但實(shí)際速度受到編碼的限制和終端的限制，可能會(huì )有所不同。
自動(dòng)切換的GPRS 系統還具有數據傳輸與話(huà)音傳輸可同時(shí)進(jìn)行或切換進(jìn)行的優(yōu)勢。也就是說(shuō)用戶(hù)在用移動(dòng)上網(wǎng)沖浪的同時(shí)，可以接收語(yǔ)音電話(huà)。利用語(yǔ)言通道控制程序，通過(guò)對無(wú)線(xiàn)模塊的控制，結合多功能電話(huà)手柄或觸摸屏或語(yǔ)音呼叫完成電話(huà)撥號，進(jìn)行車(chē)載電話(huà)撥接、免提等功能。
4.1.2 與車(chē)內控制模塊的數據交換處理
現有的別克車(chē)內有CLASS 2 和 CAN 兩種總線(xiàn)。其中，發(fā)動(dòng)機動(dòng)力控制模塊(ECM)與車(chē)身電子模塊(BCM)之間的通信采用CALSS 2 總線(xiàn)，而ECM 與變速箱控制模(TCM)之間是采用CAN 總線(xiàn)進(jìn)行數據傳遞。但由于CAN 通信簡(jiǎn)單（只要求雙絞線(xiàn)）、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(xiàn)將逐步取代CLASS 2 總線(xiàn)。因此，AUTO PC 采用CAN 總線(xiàn)實(shí)現與車(chē)載模塊的通信。
CAN 是一種多主競爭總線(xiàn)形式，廢除傳統的站地址編碼方式，代之以對數據信息進(jìn)行編碼，最多可標識2032(2.0A)或5 億(2.0B)多個(gè)數據塊。網(wǎng)絡(luò )上任一節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò )上其它節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。非常適合現代汽車(chē)各電子控制單元之間的互連通信。因此，AUTO PC 可以通過(guò)CAN 總線(xiàn)獲得大量共享數據，從ECM 及時(shí)獲得發(fā)動(dòng)機運行參數；從BCM 獲得車(chē)身狀態(tài)信息。同時(shí)，AUTO PC 通過(guò)總線(xiàn)下達指令控制各模塊，控制發(fā)動(dòng)機的運轉、控制車(chē)門(mén)和車(chē)窗的狀態(tài)。
4.1.3 在線(xiàn)遠程診斷
AUTO PC 通過(guò)CAN 總線(xiàn)從各控制模塊獲得大量的車(chē)況信息，如從ECM 獲得相關(guān)的發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣、排氣、供油以及各傳感器的數據量，變速箱的狀態(tài)信息，以及相關(guān)的車(chē)身狀態(tài)信息，如門(mén)狀態(tài)、窗狀態(tài)、燈狀態(tài)等狀態(tài)信息量。時(shí)時(shí)追蹤車(chē)輛信息，同時(shí)定位車(chē)輛位置，若有故障及時(shí)提醒乘客。所有的這些數據采集打包發(fā)送到監控服務(wù)中心。應用分析軟件由于數據量大，占用空間大，同時(shí)也為滿(mǎn)足多客戶(hù)要求，只能存放于監控中心。監控中心得到這些數據包后，解壓縮釋放數據，通過(guò)專(zhuān)用的軟件分析代碼，得出故障信息，若故障原因簡(jiǎn)單，給出解決方法和步驟，用戶(hù)可按要求進(jìn)行，若問(wèn)題復雜， 由于裝配有GPS，系統給出距故障車(chē)最近的維修地址和聯(lián)系方法，同時(shí)系統自動(dòng)通知維修中心故障車(chē)所在的當前位置、車(chē)主、車(chē)號。
采集到的車(chē)輛信息與監控中心的數據傳輸采用分布式數據處理，采用了基于客戶(hù)機/服務(wù)器的計算環(huán)境分布式數據庫系統，各終端機（Auto PC）通過(guò)遠程調用（RPC）以SQL 形式請求服務(wù)程序提供服務(wù)，服務(wù)器（監控中心）執行所需的處理，然后將結果返回給終端機，終端機和服務(wù)器之間無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現無(wú)縫協(xié)同計算；在整個(gè)系統中，采用TCP/IP 協(xié)議通信，通過(guò)數據復制技術(shù)、兩階段遞交協(xié)議等來(lái)確保分布在網(wǎng)絡(luò )各個(gè)終端的數據一致性、完整性和可用性。
4.1.4 車(chē)輛導航系統
現有的車(chē)載導航系統大體有：車(chē)輛獨立導航定位系統、車(chē)輛組合導航定位系統。后者又主要有：GPS/DR車(chē)輛導航系統、GPS/E-map(電子地圖)導航系統。目前，車(chē)上預裝產(chǎn)品多為GPS/E-map 模式。在國內全球定位系統(GPS) 技術(shù)已日益成熟，能夠提供車(chē)輛導航定位信息。但國內的基礎地理貯存信息（GIS）不能滿(mǎn)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(jìn)程中，地理信息變化快，未能及時(shí)更新。
GPS/E-map 模式中，對E-map 的處理方式主要有兩類(lèi)。一類(lèi)是將地圖貯存在DVD 光盤(pán)上；同時(shí)與車(chē)內的娛樂(lè )系統相結合。另一類(lèi)是WEBGIS，也即地圖儲存在監控中心，即時(shí)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(pán)地圖。我國預裝導航系統的車(chē)輛大多也采用此模式。但缺點(diǎn)是：由于我國正處于大規模經(jīng)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(pán)。故本系統的地圖模式采用WEBGIS。同時(shí)，系統還嵌入了最新版本的分布式語(yǔ)音系統，駕駛中無(wú)須觀(guān)看屏幕，語(yǔ)音導航實(shí)時(shí)報告當前方位，并提前通知行車(chē)方向；日夜顯示狀態(tài)切換易于在各種時(shí)間觀(guān)看。
4.1.5 通過(guò)USB 接口實(shí)現攝像技術(shù)
通過(guò)USB接口實(shí)現倒車(chē)攝像功能，提供倒車(chē)防撞服務(wù)。當變速桿切換到倒檔位置時(shí)，Auto PC 顯示攝像頭攝制的車(chē)輛后方畫(huà)面，方便駕駛員倒車(chē)，避免意外發(fā)生。
4.1.6 車(chē)內辦公、娛樂(lè )功能及其它輔助功能
實(shí)現移動(dòng)辦公，配置多種辦公軟件，如WORD, EXCEL,OUTLOOK 等。通過(guò)無(wú)線(xiàn)接入INTERNET，實(shí)現移動(dòng)多媒體。移動(dòng)多媒體還體現在智能無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品、遠程通信設備和信息處理產(chǎn)品等方面，其中包括提供語(yǔ)音識別系統，使駕駛者不用手動(dòng)操作；智能信息/娛樂(lè )系統，從而騰出雙手控制轉向盤(pán)。同時(shí)采用“即插即用”的方式使汽車(chē)消費者可以方便快捷地更新他們的多媒體產(chǎn)品，享受更豐富的全新服務(wù)。
根據以上設計要求，下面給出了軟硬件系統設計。
4.2 AUTO PC 系統的硬件設計
圖2 硬件結構框圖
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