汽車(chē)嵌入式計算平臺的設計

　　電子設備在汽車(chē)中的廣泛應用被認為是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一次革命。隨著(zhù)汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展和汽車(chē)控制單元的增加，汽車(chē)電子技術(shù)正朝著(zhù)集中化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化和模塊化方向發(fā)展。車(chē)內CAN/LIN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的使用使得車(chē)內各個(gè)控制單元的數據可以共享，從而使在汽車(chē)嵌入式計算平臺上采用多變量多目標的綜合協(xié)調控制成為可能。另一方面，網(wǎng)絡(luò )化拓展了汽車(chē)的服務(wù)領(lǐng)域，為汽車(chē)的移動(dòng)通信、移動(dòng)辦公、娛樂(lè )、導航定位和遠程診斷與維修提供了技術(shù)基礎，逐步形成了汽車(chē)、家庭、社會(huì )一體化的互動(dòng)體系。汽車(chē)嵌入式計算平臺在該一體化體系中擔當重要角色。

　　本文介紹了車(chē)載嵌入式計算平臺，它為完成汽車(chē)輔助駕駛和安全監控、遠程診斷和維修、在線(xiàn)/離線(xiàn)導航定位、娛樂(lè )、與家庭互動(dòng)等各項功能提供了很好的軟硬件平臺。下面將從汽車(chē)/家庭/社會(huì )一體化體系結構、計算平臺的硬件體系、軟件體系三個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明。

　　1 汽車(chē)/家庭/社會(huì )一體化體系結構

　　汽車(chē)嵌入式計算平臺為實(shí)現各種功能服務(wù)提供了良好的軟硬件平臺。車(chē)外網(wǎng)絡(luò )和車(chē)內網(wǎng)絡(luò )結合構成了汽車(chē)/家庭/社會(huì )一體化的互動(dòng)體系結構。該體系結構示意圖見(jiàn)圖1，車(chē)內計算網(wǎng)絡(luò )示意圖見(jiàn)圖2。

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

　　(1)汽車(chē)集成服務(wù)。主要指汽車(chē)遠程診斷服務(wù)和汽車(chē)最優(yōu)控制方案服務(wù)。汽車(chē)計算平臺通過(guò)CAN/LIN總線(xiàn)讀取電子控制模塊(ECM)診斷產(chǎn)生的故障代碼，然后通過(guò)汽車(chē)網(wǎng)關(guān)利用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)送至最近的汽車(chē)服務(wù)中心。汽車(chē)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(chē)嵌入式網(wǎng)關(guān)，經(jīng)過(guò)協(xié)議解析后再發(fā)送到汽車(chē)嵌入式計算平臺，最后通過(guò)人機接口顯示給駕駛員。汽車(chē)制造商同時(shí)向汽車(chē)提供下載最佳汽車(chē)控制方案的服務(wù)，以適合汽車(chē)在不同的行駛條件下運行。這些服務(wù)主要由汽車(chē)遠程服務(wù)平臺或汽車(chē)制造商提供。

　　(2)導航定位服務(wù)。運行在車(chē)載嵌入式平臺上的應用層軟件接收GPS接收儀發(fā)送的數據，借助車(chē)載的地理信息系統(電子地圖)實(shí)現導航。此外應用層軟件還可以把GPS接收的數據發(fā)送到遠程汽車(chē)服務(wù)平臺或第三方服務(wù)提供商，再由他們把導航信息以服務(wù)的形式發(fā)送給汽車(chē)嵌入式平臺。這些服務(wù)對準確性和及時(shí)性要求比較高。如何準確高效地傳遞這些信息成為決定這類(lèi)服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。

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

　　2 汽車(chē)嵌入式計算平臺的硬件體系結構

　　硬件平臺的設計必須根據其要完成的功能來(lái)確定。本項目是將汽車(chē)嵌入式網(wǎng)關(guān)集成到計算平臺中，因此，計算平臺要完成的功能主要為：與遠程服務(wù)中心的無(wú)線(xiàn)通信功能；導航功能；音視頻播放的功能；通過(guò)CAN/LIN總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)車(chē)內電子控制模塊的功能等?；?2位ARM內核的EP9315處理器具有良好的計算能力和豐富的外圍接口，在對其做了適當的外圍擴展后設計出如圖3所示的汽車(chē)嵌入式計算平臺。

　　EP9315是高度集成的片上系統處理器。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的存儲器管理單元(MMU)。EP9315內置一個(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存儲外設、小鍵盤(pán)和觸摸屏等。該器件還集成了運行速度為12Mbps的三端口USB 2.0全速主機和3個(gè)UART。PCMCIA接口的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡提供遠程網(wǎng)絡(luò )的訪(fǎng)問(wèn)功能，可以實(shí)現對遠程服務(wù)中心網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器的訪(fǎng)問(wèn)。IDE接口的電子硬盤(pán)用來(lái)存放地理信息系統，為導航軟件提供電子地圖。GPS接收儀通過(guò)串口與EP9315處理器相連，提供實(shí)時(shí)的車(chē)輛地理位置信息。觸摸屏是人機輸入界面，用來(lái)完成各種用戶(hù)信息的設置。LCD顯示屏和揚聲器是人機輸出界面，可以播放MPEG4視頻或提示語(yǔ)音報警信息。CAN/LIN總線(xiàn)接口可以?huà)旖悠?chē)內的 CAN/LIN總線(xiàn)，提供對車(chē)內CAN/LIN總線(xiàn)的訪(fǎng)問(wèn)?；谏鲜鲇布脚_所設計的軟件能很好地完成計算平臺所要完成的各項功能。

　　3 汽車(chē)嵌入式計算平臺的軟件體系結構

　　軟件平臺采用嵌入式Linux設計。上文已對軟件部分要實(shí)現的功能進(jìn)行了一定的描述。其中導航任務(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)?；趯?shí)時(shí)Linux的軟件體系結構如圖4所示。