嵌入式系統在車載電子中的應用

王祥楚

摘 要：隨著經濟的增長，人民生活水平的提高，汽車已經進入千家萬戶，汽車工業發展至今，傳統的機械技術已經不再是一枝獨秀，伴隨著電子技術的高速發展，車載電子已經成為汽車的重要組成部分，車載電子中嵌入式系統已經成為汽車工業發展的焦點，目前汽車的車身控制、底盤控制、發動機管理、節能環保、主被動安全系統、車載娛樂系統等，都離不開嵌入式系統的支持。

關鍵詞：嵌入式系統；車載電子；導航系統；CAN總線；車載娛樂系統

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟、硬件可裁剪，具有功能穩定、可靠性好、成本低、集成度高、功耗低、子系統能直接通信融合等特點，決定了它適用于汽車工業領域，近年來電子技術的發展日新月異，使得嵌入式系統在車載電子中的應用更為廣泛。

一、嵌入式系統導航、互聯網功能在車載電子中的應用

汽車導航能輔助駕駛員到達指定的目的地，說起導航系統，人們就會想到GPS，但是伴隨著全球眾多衛星定位系統的興起，全球衛星定位導航系統有一個全新的名稱：GNSS是Global Navigation Satellite System的縮寫。主要包括有美國的GPS、中國的北斗、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo等；全球衛星定位系統主要由三大部分組成：第一部分是地面控制部分，第二部分是空間部分，第三部分就是車載導航接收部分，如圖1所示。

車載導航通過GNSS模塊接收到經度、緯度、高度、時間、狀態等數據。通過這些數據在電子地圖上就能顯示出車輛的位置、速度、運動方向等相關信息，從而實現車輛導航功能。而上面的3G或4G模塊可以使車輛與手機基站相連，實現AGPS（輔助全球衛星定位系統，英語：Assisted Global Positioning System，簡稱：AGPS）功能，借助手機基站的蜂窩網絡數據傳輸功能，可以達到很快的定位速度和很高的定位精度，同時也實現車聯網的功能。

有了以上的配置，車載導航就具備了三大功能：一是汽車軌跡追蹤功能，我們可以通過互聯網接收到汽車的經度、緯度、高度、時間、動態等相關數據，有了這些數據，通過軟件在電子地圖上就能標出車輛所在的位置；二是駕駛指南功能，將當前車輛位置設置成默認出發地，在用戶輸入目的地之后，嵌入式系統根據電子地圖上的地圖信息，就可以計算出一條推薦路線，在很多導航軟件上還可以設置高速優先、最短路線、經濟路線或按用戶指定線路設置途經點等，如果行駛過程中車輛偏離了設定路線，系統會自動刪除原有路線并以車輛當前點為出發點，重新計算出一條線路；除了導航功能外，通過互聯網可以獲得各種交通信息，避開擁堵路段，這樣就可以選擇最佳出行路線、時間及方式，給我們出行帶來更大的便利；三是防盜功能，當車輛出現異常時，可以通過車載互聯網功能及時將信息發送到車主手機上，車主也可以通過手機查詢車輛的當前狀態。

二、嵌入式系統CAN總線在車載電子中的應用

現在汽車的性能越來越好，功能越來越多，結構越來越復雜，在車載電子的整個系統中需要大量的控制器和傳感器，要實現控制器和控制器、傳感器與傳感器及控制器和傳感器之間的通信是非常困難的，很多控制器和傳感器都是由不同廠家生產的，并具有不同的輸出格式，想要有一個可靠的車載電子系統，并且把每個控制器和傳感器的數據都匯總在一起進行計算、分析、判斷，這時就需要一個有序、可靠的總線系統或網絡，使每個控制器、傳感器都和同一總線連接在一起，且保證數據傳輸過程中不受干擾，保證數據的準確性，中央處理器能夠對每個控制器和傳感器進行初始化和重新校準。基于嵌入式的CAN總線設計滿足這樣的要求。

CAN是控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）的簡稱，由研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發出來的，并最終成為國際標準。用于汽車中各種不同模塊之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束。CAN總線協議的特性包括完整的串行數據通信、提供實時支持、傳輸速率高、尋址能力好、抗電子干擾性強。目前CAN總線除了應用于車載電子控制系統，還有電梯控制系統、工業機械、船舶運輸等領域。

在車輛上應用CAN總線，節點之間的信號傳輸僅需要兩條信號線（CAN_H，CAN_L），如圖2所示。布線就變的很簡單，很多橫穿車身的線都不再需要了，節省了布線成本。可以這么說，CAN總線就是專為汽車量身定做的，它充分考慮到了汽車上惡劣的工作環境，比如點火線圈點火時產生的強大的反充電壓，電渦流緩沖器切斷時產生的浪涌電流以及汽車發動機的高溫環境等。

隨著汽車安全性日益受到重視，安全氣囊也在逐漸增多，以前是在駕駛員前面有一個，現在很多汽車側面與后座都會安裝上安全氣囊，這些氣囊都是通過傳感器接收到碰撞信號，通過CAN總線將信號傳送到嵌入式處理器，由處理器來控制各個安全氣囊的彈出動作。同時，很多車輛上先進的防盜設計也是基于嵌入式CAN總線的網絡技術。首先，會通過CAN網絡先驗證鑰匙的合法性，驗證信息通過CAN網絡進行相互傳遞，其校驗的信息比以往的防盜系統更嚴謹了；其次，車鑰匙、防盜控制器和發動機控制器相互都儲存了對方信息，而且在驗證碼中又有隨機碼，增加了破譯難度，從而提高防盜系統的安全性。而這些功能的實現都是借助嵌入式CAN總線來完成的，嵌入式CAN總線設計已經成為汽車智能化控制的化身。在現代汽車設計中，CAN總線設計已經逐漸成為汽車廣泛采用的總線網絡裝置。例如：奔馳、寶馬、大眾等汽車都采用了CAN總線作為控制器、傳感器聯網的裝置。目前CAN總線技術在我國汽車工業領域中也已經得到了應用。

三、嵌入式系統在車載娛樂系統上的應用

隨著用戶對駕車體驗要求的提高，車載娛樂系統已逐漸成為車體、傳動和安全三大基本單元以外的第四大系統。嵌入式系統在車載娛樂系統中，目前主要的硬件配置有液晶顯示、觸摸屏、攝像頭、功放、喇叭、麥克風、收音機、WIFI、4G網絡通信模塊、藍牙、USB或SD卡接口等硬件（如圖1所示）。

嵌入式系統與汽車的結合，使得車載娛樂系統從最初的只有音樂和廣播，到如今的數字電視、在線收聽、下載歌曲和電影，車載娛樂系統已經和PC的體驗差不多，語音識別和語音合成技術的應用，讓駕駛員在駕車的同時仍能自如地操控車載娛樂系統，通過語音指令，就可以播放媒體、接聽電話、回復短消息、設置導航、查找服務熱點、遠程診斷、緊急維修服務等。嵌入式系統的攝像頭就是行車記錄儀，即記錄車輛行駛過程中的影像及相關資訊的儀器，相當于駕駛員的第三只眼睛，可以把時間、速度和所在位置都記錄下來，相當于汽車的“黑閘子”，可作為交通事故的證據。由于互聯網的存在，使得汽車不再是一個單獨的個體，而是成為互聯網絡的一個重要節點。通過與外界的信息交互，可以獲得更豐富的服務，使汽車越變越智能，給人們帶來與眾不同的駕乘體驗。

結語

嵌入式產品的網絡化、智能化、功能的集成化發展，不僅滿足了人們對工作、生活的需求，也為車載電子系統的發展指明了方向。嵌入式系統在車載電子中的應用，使得人與車、車與車、車與物之間的通信交互得到了提升。汽車工業的發展對嵌入式系統的應用具有良好的推動作用，同時也給嵌入式帶來了新的機遇和挑戰。

參考文獻

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[2]羅峰，孫澤昌.汽車CAN總線系統原理、設計與應用[M].北京：電子工業出版社，2010.

[3]卡特索利斯，徐君明，等.嵌入式硬件設計[M].北京：中國電力出版社，2007.