汽車嵌入式計算平臺的設(shè)計

　　電子設(shè)備在汽車中的廣泛應(yīng)用被認為是汽車技術(shù)發(fā)展進程中的一次革命。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展和汽車控制單元的增加，汽車電子技術(shù)正朝著集中化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和模塊化方向發(fā)展。車內(nèi)CAN/LIN總線網(wǎng)絡(luò)的使用使得車內(nèi)各個控制單元的數(shù)據(jù)可以共享，從而使在汽車嵌入式計算平臺上采用多變量多目標(biāo)的綜合協(xié)調(diào)控制成為可能。另一方面，網(wǎng)絡(luò)化拓展了汽車的服務(wù)領(lǐng)域，為汽車的移動通信、移動辦公、娛樂、導(dǎo)航定位和遠程診斷與維修提供了技術(shù)基礎(chǔ)，逐步形成了汽車、家庭、社會一體化的互動體系。汽車嵌入式計算平臺在該一體化體系中擔(dān)當(dāng)重要角色。

　　本文介紹了車載嵌入式計算平臺，它為完成汽車輔助駕駛和安全監(jiān)控、遠程診斷和維修、在線/離線導(dǎo)航定位、娛樂、與家庭互動等各項功能提供了很好的軟硬件平臺。下面將從汽車/家庭/社會一體化體系結(jié)構(gòu)、計算平臺的硬件體系、軟件體系三個方面進行說明。

　　1 汽車/家庭/社會一體化體系結(jié)構(gòu)

　　汽車嵌入式計算平臺為實現(xiàn)各種功能服務(wù)提供了良好的軟硬件平臺。車外網(wǎng)絡(luò)和車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合構(gòu)成了汽車/家庭/社會一體化的互動體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，車內(nèi)計算網(wǎng)絡(luò)示意圖見圖2。

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

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

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

　　(3) 個人/娛樂信息服務(wù)。汽車/家庭互動平臺體系使人們可以在駕駛汽車的過程中了解家中的情況，將汽車-家庭連為一體。車載信息處理(Telematics) 系統(tǒng)的地位日益突出。它通過無線通信技術(shù)將安全保密信息或娛樂信息以服務(wù)(Service)的方式傳遞至汽車。

　　2 汽車嵌入式計算平臺的硬件體系結(jié)構(gòu)

　　硬件平臺的設(shè)計必須根據(jù)其要完成的功能來確定。本項目是將汽車嵌入式網(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)中心的無線通信功能；導(dǎo)航功能；音視頻播放的功能；通過CAN/LIN總線訪問車內(nèi)電子控制模塊的功能等?；?2位ARM內(nèi)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(dāng)?shù)耐鈬鷶U展后設(shè)計出如圖3所示的汽車嵌入式計算平臺。

　　EP9315是高度集成的片上系統(tǒng)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(tǒng)的存儲器管理單元(MMU)。EP9315內(nèi)置一個高性能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(shè)、小鍵盤和觸摸屏等。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UART。PCMCIA接口的無線網(wǎng)卡提供遠程網(wǎng)絡(luò)的訪問功能，可以實現(xiàn)對遠程服務(wù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的訪問。IDE接口的電子硬盤用來存放地理信息系統(tǒng)，為導(dǎo)航軟件提供電子地圖。GPS接收儀通過串口與EP9315處理器相連，提供實時的車輛地理位置信息。觸摸屏是人機輸入界面，用來完成各種用戶信息的設(shè)置。LCD顯示屏和揚聲器是人機輸出界面，可以播放MPEG4視頻或提示語音報警信息。CAN/LIN總線接口可以掛接汽車內(nèi)的 CAN/LIN總線，提供對車內(nèi)CAN/LIN總線的訪問。基于上述硬件平臺所設(shè)計的軟件能很好地完成計算平臺所要完成的各項功能。

　　3 汽車嵌入式計算平臺的軟件體系結(jié)構(gòu)

　　軟件平臺采用嵌入式Linux設(shè)計。上文已對軟件部分要實現(xiàn)的功能進行了一定的描述。其中導(dǎo)航任務(wù)是一個實時任務(wù)，而Linux不具有實時功能，因此需要改進Linux，使其支持實時任務(wù)?；趯崟rLinux的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。