雙重車載智能安防系統設計

【摘要】本文利用飛思卡爾基于Cortex-A9內核的i.MX 6Dual應用級處理器設計搭建車載安全防護系統的理論框架，基于傳感器的數據采集并通過GSM無線網絡采用UDP協議傳輸、并依托存儲模塊完成圖像的保存，從而確保事發圖像的完整傳輸，增強后續問責處理依據的可靠性。

【關鍵詞】Cortex-A9；Linux系統；GSM；UDP協議；SATA接口

1.引言

隨著汽車產業的快速發展使人們對車輛的安防性能提出了更高的要求。而嵌入式安防系統由于其高集成度、多功能、性價比優越以及強穩定性受到社會的認可。

傳統的車載安防系統在圖像傳輸中完全依賴于網絡系統，而忽視了由于其不穩定或者無線設備的異常而導致圖像傳輸中斷，以至于無法獲取完整圖像的問題。本設計提出具有多功能的防盜系統并添加存儲單元，采用UDP協議解決圖像傳輸過程中的異常問題，提高傳輸速度而且使圖像具有了多次提取的功能。

2.系統框架設計

設計基于Cortex-A9的車載智能安防系統主要包括i.MX6Dual核心控制模塊、存儲模塊、無線網絡模塊、檢測傳感器、電源等模塊?？傮w結構如圖一所示。

圖一 系統總體結構框圖

其中i.MX 6Dual是總體的控制核心，通過GPRS無線網絡收發數據，實現車輛所處環境的綜合監控。

系統完成的任務目標是當車門、窗、車身受到外力時，廂內、外攝像頭啟動拍攝擠壓方向，并根據紅外傳感器鎖定目標，周期性拍攝侵入車內的當事人圖片，并通過無線網絡將圖像實時傳輸給車主并存儲圖像數據。

一旦車輛發生上述異常時，系統將會立即通知主人，已達到維護車輛安全的目標。圖二為系統工作流程圖。

圖二 系統工作流程圖

3.智能安防系統硬件設計

3.1 i.MX 6Dual開發板

i.MX 6Dual應用級處理器利用動態長度、八級超標量結構、多事件管道及推斷性亂序執行，它能在頻率超過1GHz的設備中并在每個循環中執行多達四條指令，同時還能減少目前主流八級處理器的成本并提高效率。i.MX 6Dual除具有常用接口外還具有千兆以太網接口，并支持SATAⅡ接口的擴展。硬件設計時，目標板采用八層結構，從而使開發板空間減小，穩固性增強。

GPRS通信模塊具有遠程控制作用，它由GSM核心模塊、UDP協議與PPP協議模塊等組成。GSM由U轉串口接入，DDR存儲器用于存放Linux系統，4G Flash作為內存使用，外界硬盤存儲拍攝的數據。三個USB口分別連接三個攝像頭；通用I/O分別連接門窗傳感器、熱釋電紅外傳感器和壓力傳感器。SATA接口接入存儲硬盤用于存儲拍攝數據，實現數據的多次提取功能。

3.2 GSM模塊與UDP協議

GSM 系統是由若干各子系統或功能實體組成。其中基站子系統（BBS）在移動臺（MS）和交換網絡子系統（NSS）之間，提供和管理傳輸通道，特別是包括了 MS 與 GSM 系統的功能實體之間的無線接口管理。NSS 必須管理通信業務，保證 MS 與相關的公用通信網或與其他 MS 之間建立通信。GSM 系統的典型結構如圖三所示。

圖三 GSM整體結構

①移動臺（MS）

移動臺（MS）是用戶使用的終端設備，它由兩部分組成：移動終端設備（M E）和用戶身份模塊（SIM）。移動臺采用分離設計的原因一方面在于可以將 MS 端的安全功能集中于 SIM．便于控制：另一方面通過分離 ME 和 SIM 的功能，用戶可以方便地更換移動臺，只需要將原來的 SIM 卡插入到新的 ME，網絡即可識別用戶的身份。

② 無線基站子系統（BSS）

BSS 系統是在一定的無線覆蓋區中由 MSC 控制，與 MS 進行通信的系統設備，它主要負責完成無線發送接收和無線資源管理等功能。BSS 在 GSM 網絡的固定部分和無線部分之間提供中繼，實現移動用戶間或移動用戶與固定網用戶間的通信，傳送系統信號和用戶信息等。

③ 交換網絡子系統（NSS）

交換網絡子系統主要完成交換功能和用戶數據與移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能。

④ 操作維護子系統（OMC）

GSM 系統中還有一個操作維護子系統（OMC），它主要是對整個 GSM 網絡進行管理和監控。通過 OMC 實現對 GSM 網內各種部件功能的監視、系統的自檢、報警與備用設備的激活、系統的故障診斷與處理、話務量的統計和計費數據的記錄與傳遞，以及各種資料的收集、分析與顯示等功能。

本設計中采用TC35i模塊是一個支持中文短信息的工業級GSM模塊，工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流3.3～4.8V，可傳輸語音和數據信號。TC35i由供電模塊閃存、ZIF連接器、天線接口等6部分組成。圖四為TC35i模塊。

圖四TC35i模塊

UDP協議特性

（1）UDP是一個無連接協議，當UDP傳送數據時就直接抓取來自應用程序的數據，并盡可能快地把它扔到網絡上。在發送端，UDP傳送數據的速度僅僅是受應用程序生成數據的速度、計算機的能力和傳輸帶寬的限制；在接收端，UDP把每個消息段放在隊列中，應用程序每次從隊列中讀一個消息段。

（2）由于傳輸數據不建立連接，因此也就不需要維護連接狀態，包括收發狀態等，因此一臺服務機可同時向多個客戶機傳輸相同的消息。

（3）UDP信息包的標題很短，只有8個字節，相對于TCP的20個字節信息包的額外開銷很小。

（4）吞吐量不受擁擠控制算法的調節，只受應用數據的速率、傳輸帶寬、源端和終端主機性能的限制。

3.3存儲單元

傳統設計中，采用計算機平臺的存儲模式，即采集圖像數據通過GSM傳輸到服務器，然后通過PCI總線存儲到硬盤中，或者是利用網絡直接實現圖像數據的在線下載，整個過程需要依托于網絡環境的好壞，并且上述兩種方式的存儲速度最高只能達到70MB/s左右，無法為圖像的完整傳輸和實時性提供保障。為了避免上述問題的發生，在系統中添加存儲單元是一個很好的解決方法。

本設計中采用SATA 接口，SATA規范將硬盤的外部傳輸速率理論值提高到了150MB/s，從其發展計劃來看，未來SATA也將通過提升時鐘頻率來提高接口傳輸速率，讓硬盤也能夠超頻。

SATA采用串行連接方式，使用嵌入式時鐘信號，具備了更強的糾錯能力，與以往相比其最大的區別在于能對傳輸指令（不僅僅是數據）進行檢查，如果發現錯誤會自動矯正，這在很大程度上提高了數據傳輸的可靠性。圖五為在開發板上外擴的SATA接口。

圖五外擴SATA接口

4．安防系統軟件結構

嵌入式系統是以應用為中心、以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁減，適用對功能、可靠性等有嚴格要求的專用計算機系統。主要由嵌入式處理器為核心的硬件系統、嵌入式操作系統及應用軟件系統等組成。

Liunx系統的ARM平臺移植，主要有以下幾個方面制作，符合開發需要的BootLoader、移植內核、設備驅動、文件系統等，其步驟如圖六所示。

圖六Linux系統的ARM平臺移植流程圖

Linux在內核啟動后，要裝載根文件系統。圖七、八分別為內核和busybox的編譯。

圖七 內核編譯

圖八 busybox編譯

由于系統設計中擴展了硬件設備和接口，所以對操作系統源代碼進行了修改，添加完善的硬件驅動程序。圖九是系統的軟件模塊示意圖。

圖九 軟件模塊

5.結束語

基于Cortex-A9內核處理器的車載智能安防系統是一個具有先進性和數據收發保障性的車輛防盜系統。本文首次將Cortex-A9系列的處理器應用于遠程車載防盜系統中，而且添加了數據存儲單元并協同UDP網絡協議不僅提高了數據傳輸的速度，而且確保了數據的完整性。它的傳輸速度要高于傳統TCP協議，而在數據的可靠性方面有很大增強，存儲單元的增加又能使數據被多次提取。由于Cortex-A9系列處理器本身的高擴展性，使用者可以根據自身實際需求進行功能擴展，大大減少了開發的成本，所以具有較高的性價比。

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