嵌入式車輛
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隨著GPS定位精度的提高和模塊成本的不斷下降,一些企業(yè)開始采用具有GPS定位功能的車輛行駛記錄儀實現(xiàn)對企業(yè)車輛的管理,但一直存在著數據下載及任務管理繁瑣的難題。如果采用RS-232接口實現(xiàn)數據下載或任務設置需要與筆記本電腦或主機連接,而采用GPRS實現(xiàn)數據遠程下載或任務設置又會提高運營費用。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盤作為數據管理工具,通過USB HOST接口實現(xiàn)對車輛記錄數據的快速下載和出行任務的靈活設置。
硬件結構設計
用于企業(yè)車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、時間信息獲取、記錄數據下載、任務設置信息上載、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 車輛行駛記錄儀總體功能結構
GPS模塊定位后,將車輛所在點的經度、緯度、時間和速度等信息通過串口送到微控制器;狀態(tài)檢測模塊根據任務設置參數實現(xiàn)對車內傳感信息的采集,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輛行駛信息的存儲,鐵電存儲同時保留任務設置信息;電源管理模塊可以防止電源人為切斷后數據的丟失,通過啟用內部的備用電源實現(xiàn)對設備的安全保護;SL811和微控制器一起實現(xiàn)數據綜合管理,包括記錄數據的下載和任務設置信息的上載功能;微控制器實現(xiàn)對各種綜合信息的處理、壓縮、存儲,并通過控制模塊實現(xiàn)對車輛狀態(tài)的控制。
uPSD3253微控制器
uPSD3253由兩個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(tǒng)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是四個通用I/O口端口組以及用于常規(guī)邏輯設計的16個PLD宏單元的,可以實現(xiàn)記錄儀功能的高度集成和靈活配置。同時,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實時操作系統(tǒng),這樣大大提高了整個軟件系統(tǒng)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,數據在進行存儲之前要經過壓縮和加密。每次任務設置過程中,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存儲,每條記錄為固定的32個字節(jié),每條記錄包含日期、時間、經度、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事件觸發(fā)或定時設置觸發(fā),這需要通過任務設置信息的具體要求來判斷。
數據的存儲采用了兩級硬件結構,并結合了指針管理技術。本設計采用了三星K9F5608 Flash。Flash的一頁為528個字節(jié),其中512個字節(jié)用于正常數據存儲,其余16個字節(jié)用于錯誤處理。寫和讀以頁為單位,而擦除以塊為單位,由于記錄數據每條為32個字節(jié),因此存儲夠16條記錄(16*32=512 Bytes)后才能將數據寫入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,而且掉電后數據會丟失,這會導致關鍵數據無法獲?。?nbsp;
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速度快,掉電后能夠保持數據,而且可以無限次讀寫,因此非常適合于車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設置信息的上載兩方面,本設計采用的USB Host通信方式實現(xiàn)對數據的靈活管理和快速傳輸。在具體設計過程中,應用SL811HS控制芯片和主控uPSD3253 MCU,實現(xiàn)了對U盤的讀寫操作。SL811HS是嵌入式USB Host/Slave 控制器,它與uPSD3253通過并口進行通信。
通過SL811HS和uPSD3253對U盤的讀寫層次結構如圖2所示,主要分為四個層次。其中:
接口電路操作層:是指uPSD3253根據SL811HS的接口操作時序,對SL811HS的寄存器、接收緩存、發(fā)送緩存進行相應的讀或寫操作。
圖2 U盤讀寫層次結構圖
USB協(xié)議層:實現(xiàn)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程;
文件操作層:包含文件操作函數集和文件系統(tǒng)函數集兩部分。文件操作函數集實現(xiàn)海量存儲協(xié)議中的命令操作,文件系統(tǒng)函數集實現(xiàn)對FAT表進行定位、搜索、讀寫等操作;
用戶命令接口層:根據通信協(xié)議,接收用戶命令信息,并對命令信息進行相應處理;
為了確保數據管理的安全性,本設計在通過U盤下載記錄數據以及上載設置任務信息之前,先要對U盤進行安全認證,只有帶有本系統(tǒng)附加軟件處理過的U盤,才能正常使用。
數據下載及任務設置信息上載程序包含以下幾部分:
(1) 檢測是否有U盤插入---通過中斷來觸發(fā);
(2) 驗證U盤的合法性---與系統(tǒng)密碼對比校驗;
(3) 檢查任務設置信息---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盤中創(chuàng)建文件,根據時間來命名;
下載最新的記錄數據---從Flash讀取一頁數據到RAM,然后寫到新創(chuàng)建的文件中,重復這一過程,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
嵌入式車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、簡化了外圍電路設計,同時采用嵌入式USB數據管理機制,不僅解決了以往車輛行駛記錄儀中數據難以管理的問題,而且大大降低了硬件成本。采用本設計的車輛行駛記錄儀已應用到企事業(yè)單位的車輛管理中,實現(xiàn)了對車輛運營的透明化管理,節(jié)約了運營費用。
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