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嵌入式车辆

时间:2008-03-30 00:00来源:亚洲互联网 作者:伟大的中国程序员 点击:

   前 言
随着GPS定位精度的提高和模块成本的不断下降,一些企业开始采用具有GPS定位功能的车辆行驶记录仪实现对企业车辆的治理,但一直存在着数据下载及任务治理繁琐的难题。假如采用RS-232接口实现数据下载或任务设置需要与笔记本电脑或主机连接,而采用GPRS实现数据远程下载或任务设置又会提高运营费用。针对数据治理的这一难题,本文提出采用目前普遍流行的U盘作为数据治理工具,通过USB HOST接口实现对车辆记录数据的快速下载和出行任务的灵活设置。

硬件结构设计

用于企业车辆治理的行驶记录仪需要具备的基本功能有:数据安全记录、状态检测、工作状态指示、轨迹信息获取、时间信息获取、记录数据下载、任务设置信息上载、电源治理及防破坏等功能。记录仪总体功能结构如图1所示。



图 1 车辆行驶记录仪总体功能结构
GPS模块定位后,将车辆所在点的经度、纬度、时间和速度等信息通过串口送到微控制器;状态检测模块根据任务设置参数实现对车内传感信息的采集,并将采集数据送到微控制器;铁电存储和Flash数据存储共同完成对车辆行驶信息的存储,铁电存储同时保留任务设置信息;电源治理模块可以防止电源人为切断后数据的丢失,通过启用内部的备用电源实现对设备的安全保护;SL811和微控制器一起实现数据综合治理,包括记录数据的下载和任务设置信息的上载功能;微控制器实现对各种综合信息的处理、压缩、存储,并通过控制模块实现对车辆状态的控制。 copyright dedecms
uPSD3253微控制器

uPSD3253由两个主要的功能模块组成,即MCU模块和PSD模块。MCU模块包含了标准的8032内核以及外围电路和其他系统支持功能。PSD模块为8032 CPU提供可配置的程序空间(32K Bytes的主Flash和128K Bytes的次Flash)和数据存储空间(32k Bytes RAM),另外它还提供了A、 B、 C、 D是四个通用I/O口端口组以及用于常规逻辑设计的16个PLD宏单元的,可以实现记录仪功能的高度集成和灵活配置。同时,由于该微控制器具有比较丰富的RAM资源和Flash资源,因此可以在该微控制器上直接运行μC/OS-II实时操作系统,这样大大提高了整个软件系统运行的可靠性。

FRAM Flash数据存储

为了提高Flash存储空间的利用率以及数据的安全性,数据在进行存储之前要经过压缩和加密。每次任务设置过程中,加密基数不同。为了方便对记录数据的治理,数据在存储器中按记录来存储,每条记录为固定的32个字节,每条记录包含日期、时间、经度、纬度、速度、方位角、传感信息、控制信息、电源信息。数据的记录可以通过事件触发或定时设置触发,这需要通过任务设置信息的具体要求来判定。

数据的存储采用了两级硬件结构,并结合了指针治理技术。本设计采用了三星K9F5608 Flash。Flash的一页为528个字节,其中512个字节用于正常数据存储,其余16个字节用于错误处理。写和读以页为单位,而擦除以块为单位,由于记录数据每条为32个字节,因此存储够16条记录(16*32=512 Bytes)后才能将数据写入Flash,这就需要采用缓存机制。缓存机制的选择可以采用以下三种: 内容来自dedecms

RAM Flash:这种机制是存取速度快,但要占大量的微控制器资源,而且掉电后数据会丢失,这会导致要害数据无法获取;

EEPROM Flash:这种机制虽然能够在掉电后保持数据,但存取速度太慢,不适宜高速数据记录,而且记录次数有限;

FRAM Flash:由于铁电存储器读写速度快,掉电后能够保持数据,而且可以无限次读写,因此非常适合于车辆行驶记录仪中使用。

软件设计

记录仪软件主要包括记录数据的下载和任务设置信息的上载两方面,本设计采用的USB Host通信方式实现对数据的灵活治理和快速传输。在具体设计过程中,应用SL811HS控制芯片和主控uPSD3253 MCU,实现了对U盘的读写操作。SL811HS是嵌入式USB Host/Slave 控制器,它与uPSD3253通过并口进行通信。

通过SL811HS和uPSD3253对U盘的读写层次结构如图2所示,主要分为四个层次。其中:


接口电路操作层:是指uPSD3253根据SL811HS的接口操作时序,对SL811HS的寄存器、接收缓存、发送缓存进行相应的读或写操作。

图2 U盘读写层次结构图
USB协议层:实现对SL811HS硬件的初始化、USB数据的接收、发送以及硬件枚举等过程;
文件操作层:包含文件操作函数集和文件系统函数集两部分。文件操作函数集实现海量存储协议中的命令操作,文件系统函数集实现对FAT表进行定位、搜索、读写等操作;

织梦好,好织梦



用户命令接口层:根据通信协议,接收用户命令信息,并对命令信息进行相应处理;

为了确保数据治理的安全性,本设计在通过U盘下载记录数据以及上载设置任务信息之前,先要对U盘进行安全认证,只有带有本系统附加软件处理过的U盘,才能正常使用。

数据下载及任务设置信息上载程序包含以下几部分:

(1) 检测是否有U盘插入---通过中断来触发;

(2) 验证U盘的合法性---与系统密码对比校验;

(3) 检查任务设置信息---将合法的设置信息保存到FRAM中;

(4) 创建新的数据下载文件---在U盘中创建文件,根据时间来命名;

下载最新的记录数据---从Flash读取一页数据到RAM,然后写到新创建的文件中,重复这一过程,直到所有数据都下载完成,数据下载完成后,有相应的指示灯指示。

结 语

嵌入式车辆行驶记录仪的设计充分发挥了uPSD3253微控制器强大的功能、简化了外围电路设计,同时采用嵌入式USB数据治理机制,不仅解决了以往车辆行驶记录仪中数据难以治理的问题,而且大大降低了硬件成本。采用本设计的车辆行驶记录仪已应用到企事业单位的车辆治理中,实现了对车辆运营的透明化治理,节约了运营费用。
织梦内容管理系统







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