基于Arm-Linux的汽車行駛記錄儀的設計

陳艷海

湖北汽車工業學院電信學院,湖北十堰 442002

基于Arm-Linux的汽車行駛記錄儀的設計

陳艷海

湖北汽車工業學院電信學院,湖北十堰 442002

本文介紹了一種基于嵌入式系統的汽車行駛記錄儀。該系統采用Arm9微處理器，系統使用嵌入式Linux操作系統作為底層軟件平臺，并選擇PCA82C250CAN總線收發器實現到總線的物理接口。該記錄儀具有記錄數據面廣、信息存儲容量大、移植擴展性好等優點，具有良好的應用前景。

嵌入式系統;汽車行駛記錄儀;CAN總線

Embedded System;Vehicle Traveling Data Recorder ; CAN-bus

汽車行駛記錄儀，是對車輛行駛速度、里程、時間以及有關車輛行駛的其他狀態信息進行存儲、記錄并可通過接口實現數據輸出的電子記錄裝置[1]；它能夠為交通事故提供事發過程的可靠數據，用于正確分析事故的責任；能提高管理部門的業務水平和質量，為管理部門提供可靠、有效的處理手段，規范駕駛員行為，遏制超速行駛和疲勞駕駛等違章現象，使人員和車輛有安全的行駛環境。汽車行駛記錄儀不僅在美國及歐盟等地大量使用，近幾年在中國也開始應用，收到了良好的效果。統計資料表明，汽車行駛記錄儀的有效使用，可以使交通事故率降低37% ～52% ，大大減少了財產損失和人員傷亡，產生了顯著的經濟與社會效益。

本文介紹的基于Arm-Linux的汽車記錄儀，是為具備CAN總線的汽車開發的，預留出C A N節點的接口，使之可以通過C A N總線收集汽車行駛狀態信息，增強汽車行駛記錄儀的擴展性。若出現故障，可以盡快地檢測出相關狀態，便于檢修。該汽車行駛記錄儀集數據采集、數據顯示、故障監測、語音報警等功能，同時可以靈活地進行系統擴充，具有廣泛的經濟效益和應用前景。

1.Arm-Linux 嵌入式系統概述

最近幾年，嵌入式技術得到了飛速發展。嵌入式產品層出不窮，以其特有的體積小、功耗低、處理能力強等特點，在通訊、工控、網絡、電子、醫療、電子等領域發揮著越來越顯著的作用。簡單地說，嵌入式系統集成了系統應用軟件與硬件，具有軟件代碼短、響應速度快、高度自動化等特點，特別適合于要求多任務和實時的體系。嵌入式系統是將先進的半導體技術、電子技術、計算機技術和各個行業的具體應用相結合的產物。

嵌入式系統的硬件部分包括處理器、存儲器、I／0端口圖形控制器和外設器件等。嵌入式系統不同于一般的計算機處理系統，是因為它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質，而使用EPROM、EEPROM或閃存作為存儲介質。

嵌入式系統的軟件部分，包括系統軟件和應用軟件。為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入式系統中的軟件一般都固化在單片機本身或存儲器芯片中，而不是存貯于磁盤等介質中。

2、系統的硬件結構設計

汽車行駛記錄儀由Samsun g公司的S3C2410處理器作為車載微處理器、擴展數據存儲器、CAN收發器、IC卡接口、液晶顯示模塊、USB接口及RS232接口電路等組成[2]。系統的硬件結構如圖1。

圖1 系統硬件結構圖

本設計選用的微處理器芯片是S3C2410，它是Samsung半導體公司推出的，為手持設備和一般類型的應用提供了低價格、低功耗、高性能的微控制器。其內核基于ARM920T,帶有MMU功能，采用0.18μm工藝，其主頻可達203MHz,適合于成本和功耗敏感的需求[2]。

在系統的CAN總線接口電路中，進行總線數據傳輸芯片采用了p h i l i p s公司的PCA82C250。為了加強CAN 總線節點的抗干擾能力，接口電路中P87C591的TXDC和RXDC并不是直接與82C250的RXD和TXD相連，而是通過高速光電耦合器6N167與82C250相連。這樣就可以較好地實現了總線上的各個CAN節點間的電器隔離。接口的硬件電路如圖2。

圖2 CAN接口電路

汽車行駛記錄儀的核心功能是完成汽車在行駛過程中的各狀態參數能夠及時可靠的存儲保護。記錄儀中的數據包括以下兩部分，一部分為汽車歷史數據(存放汽車和司機的行駛狀況)，另一部分為汽車實時數據(包括汽車發生事故前后的數據)。實時數據的存儲對存儲器的要求比較高，不但要求速度快、可靠性高，而且要求掉電后數據不能丟失、存儲器能夠進行多次擦寫。FRAM既有SRAM的速度和擦寫次數，又有EEPROM和Flash的特點，掉電后數據可以保存，同時多功能的FRAM具有電源管理功能，所以選用用FRAM能符合本系統的設計[3]。

本系統采用的是并行閃速存儲器AT45D081和高性能的鐵電存儲器FM24C024相配合的工作方式。系統中鐵電存儲器FM24C024作為系統的臨時緩沖區，M C U將采集到的實時數據存放其中，這樣即使系統突然掉電，采集到的數據也不會丟失。然后由MCU控制將FM24C024中的實時數據批量轉移到存儲器AT45D081中保存起來。系統就可以利用鐵電存儲器FM24V024的特性將數據很好的保護起來。具體硬件電路如圖3。

圖3 擴展存儲器接口電路

3、系統的軟件設計

軟件系統主要包括：Bootloader、操作系統(內核)、文件系統、驅動程序和應用程序。Bootloader是系統的啟動引導程序；操作系統管理計算機系統的全部硬件資源，軟件資源、數據資源、控制程序運行、改善人機界面、為其他應用軟件提供支持；驅動程序是指系統對LCD、鍵盤、CAN總線控制器等外設的控制程序，用來完成對外設的初始化，并提供一些簡單的接口函數來控制外設；應用程序是指為了完成汽車行駛記錄儀的功能而被開發運行于操作系統之上的計算機程序[4]。

汽車行駛記錄儀的應用軟件按照模塊化結構進行設計，整個程序包括系統自檢模塊、硬件初始化模塊、數據采集和信息處理模塊、數據存儲模塊、中斷處理模塊、通信模塊、顯示模塊和報警模塊組成，其軟件流程如圖4所示。

記錄儀工作狀態有兩種工作模式：通信模式和記錄模式。所謂的通信模式，就是在車輛停止時，通過系統接口和PC機進行數據交換，數據通信包括上傳和下載。當采用USB接口進行通信時，系統可以利用記錄儀本身的小鍵盤選擇所需要進行的操作；當采用標準RS232接口進行通信時，系統數據傳輸的控制由PC機完成，時間校準等一些實時性比較強的工作可以在通信模式下完成.所謂記錄模式，就是在汽車運行時，記錄儀周期性的采集車輛工作過程中的系統狀態和當前駕駛員的行駛信息，如速度、駕車時間、超速記錄、疲勞駕駛時間、停車時間等信息，并提供疲勞駕駛和超速的語音報警功能以及日期、時間和車速的顯示功能，并將其采集的數據和當前的日期、時間參數一起寫入數據存儲器中； PC機上的數據分析軟件對駕駛員和車輛的信息進行維護和管理，并對記錄儀的數據信息進行分析處理，提供各種條件的查詢功能。這樣可以完全掌握駕駛員和車輛的狀態信息，減少事故發生率。

圖4 應用軟件模塊

4、小結

本文從硬件結構和軟件設計上詳細介紹了一種基于Arm-Linux的汽車行駛記錄儀，對嵌入式芯片的選擇、C A N總線接口、存儲器的選擇及系統軟件做了深入而細致的分析。在標準汽車行駛記錄儀的基礎上，本系統增加了USB移動磁盤采集數據的功能，并與CAN總線相結合，增強了可擴展性。該系統設計具有接線簡單、使用方便、功能完善、性能可靠、控制靈活，可擴展性強等特點，大大減少了人為干擾的誤差，減輕了交通管理者的勞動強度，達到了實時化、規范化、科學化、精確化的系統管理實際要求。

[1]汽車行駛記錄儀的規范標準[S].GB/T 19056-2003

[2]王田苗.嵌入式系統設計與實例開發.清華大學出版社.2003，9-25

[3]張元良，李闖.行車記錄儀中數據存儲保護的實現.微電子與計算機.2004，（3）：85-87

[4]劉崢嶸，張智超，許振山，等.嵌入式Linux應用開發詳解.北京：機械工業出版社.2004，15-20

Design of the Vehicle Traveling Data Recorder Based on the Arm-Linux

Chen Yanhai
Dept.of Electrical Engineering ,Hubei Automotive Industries Institute,shiyan 442002,China

The paper introduces a system of the Vehicle Traveling Data Recorder based on embedded system. This system adopted advanced Arm9processor, used embedded Linux operation system as soft platform and chose PCA82C250as the transceiver for physical interface. This recorder has advantages of recording more kinds of data, having large capacity, and being easily transplanted, having a good application prospect.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.050