嵌入式车载计算机设计
4 嵌入式车载计算机AUTO PC（车载终端设备）
该设备采用嵌入式系统，把计算机直接嵌入到应用系统之中，融合了计算机软/硬件技术、通信技术和半导体微电子技术。嵌入式系统由嵌入式处理器、嵌入式系统硬件和嵌入式应用软件组成。
4.1 功能描述
经研究，我们要开发的嵌入式车载计算机（AUTO PC）应当具有以下功能：
4.1.1 通过GPRS模块实现无线数据传输与语音通信即实现无线接入INTERNET 和接听电话。通过将因特网的功能集成到车辆中，使人们在车上就可以上网浏览、收发邮件等，使汽车消费者可以方便快捷地享受更丰富的全新的信息服务。采用内置GPRS模块，实现无线上网。GPRS是一种高速、高效的无线系统，全称为“通用分组无线业务”（General Packet Radio Service），是在现有GSM 网络上开通的一种新型的分组数据传输技术。它允许移动用户经分组方式发送和接收数据，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输，而这一情形正是大多数互联网应用的特点。高速传输GPRS 采用分组交换的技术，数据传输速率最高理论值可达171.2kbps ，使用的信道类型既可以是DCH(专用信令信道)也可以是TCH(话务信道)，但实际速度受到编码的限制和终端的限制，可能会有所不同。
自动切换的GPRS 系统还具有数据传输与话音传输可同时进行或切换进行的优势。也就是说用户在用移动上网冲浪的同时，可以接收语音电话。利用语言通道控制程序，通过对无线模块的控制，结合多功能电话手柄或触摸屏或语音呼叫完成电话拨号，进行车载电话拨接、免提等功能。
4.1.2 与车内控制模块的数据交换处理
现有的别克车内有CLASS 2 和 CAN 两种总线。其中，发动机动力控制模块(ECM)与车身电子模块(BCM)之间的通信采用CALSS 2 总线，而ECM 与变速箱控制模(TCM)之间是采用CAN 总线进行数据传递。但由于CAN 通信简单（只要求双绞线）、速率快 (高速CAN 可达500Kbit/s) 、抗噪性强、可靠性高（自带错误检查）。在今后几年内CAN 总线将逐步取代CLASS 2 总线。因此，AUTO PC 采用CAN 总线实现与车载模块的通信。
CAN 是一种多主竞争总线形式，废除传统的站地址编码方式，代之以对数据信息进行编码，最多可标识2032(2.0A)或5 亿(2.0B)多个数据块。网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其它节点发送信息，而不分主从。非常适合现代汽车各电子控制单元之间的互连通信。因此，AUTO PC 可以通过CAN 总线获得大量共享数据，从ECM 及时获得发动机运行参数；从BCM 获得车身状态信息。同时，AUTO PC 通过总线下达指令控制各模块，控制发动机的运转、控制车门和车窗的状态。
4.1.3 在线远程诊断
AUTO PC 通过CAN 总线从各控制模块获得大量的车况信息，如从ECM 获得相关的发动机进气、排气、供油以及各传感器的数据量，变速箱的状态信息，以及相关的车身状态信息，如门状态、窗状态、灯状态等状态信息量。时时追踪车辆信息，同时定位车辆位置，若有故障及时提醒乘客。所有的这些数据采集打包发送到监控服务中心。应用分析软件由于数据量大，占用空间大，同时也为满足多客户要求，只能存放于监控中心。监控中心得到这些数据包后，解压缩释放数据，通过专用的软件分析代码，得出故障信息，若故障原因简单，给出解决方法和步骤，用户可按要求进行，若问题复杂， 由于装配有GPS，系统给出距故障车最近的维修地址和联系方法，同时系统自动通知维修中心故障车所在的当前位置、车主、车号。
采集到的车辆信息与监控中心的数据传输采用分布式数据处理，采用了基于客户机/服务器的计算环境分布式数据库系统，各终端机（Auto PC）通过远程调用（RPC）以SQL 形式请求服务程序提供服务，服务器（监控中心）执行所需的处理，然后将结果返回给终端机，终端机和服务器之间无线网络实现无缝协同计算；在整个系统中，采用TCP/IP 协议通信，通过数据复制技术、两阶段递交协议等来确保分布在网络各个终端的数据一致性、完整性和可用性。
4.1.4 车辆导航系统
现有的车载导航系统大体有：车辆独立导航定位系统、车辆组合导航定位系统。后者又主要有：GPS/DR车辆导航系统、GPS/E-map(电子地图)导航系统。目前，车上预装产品多为GPS/E-map 模式。在国内全球定位系统(GPS) 技术已日益成熟，能够提供车辆导航定位信息。但国内的基础地理贮存信息（GIS）不能满足需求，主要原因是：研发起步较晚；我国正处高速发展进程中，地理信息变化快，未能及时更新。
GPS/E-map 模式中，对E-map 的处理方式主要有两类。一类是将地图贮存在DVD 光盘上；同时与车内的娱乐系统相结合。另一类是WEBGIS，也即地图储存在监控中心，即时局部下载更新使用。日本、韩国等城市建设已逐渐完善，道路交通变化不大。因此，大多使用DVD 光盘地图。我国预装导航系统的车辆大多也采用此模式。但缺点是：由于我国正处于大规模经济建设中，城市发展变化快，地图更新频繁，需要不断更替DVD 光盘。故本系统的地图模式采用WEBGIS。同时，系统还嵌入了最新版本的分布式语音系统，驾驶中无须观看屏幕，语音导航实时报告当前方位，并提前通知行车方向；日夜显示状态切换易于在各种时间观看。
4.1.5 通过USB 接口实现摄像技术
通过USB接口实现倒车摄像功能，提供倒车防撞服务。当变速杆切换到倒档位置时，Auto PC 显示摄像头摄制的车辆后方画面，方便驾驶员倒车，避免意外发生。
4.1.6 车内办公、娱乐功能及其它辅助功能
实现移动办公，配置多种办公软件，如WORD, EXCEL,OUTLOOK 等。通过无线接入INTERNET，实现移动多媒体。移动多媒体还体现在智能无线产品、远程通信设备和信息处理产品等方面，其中包括提供语音识别系统，使驾驶者不用手动操作；智能信息/娱乐系统，从而腾出双手控制转向盘。同时采用“即插即用”的方式使汽车消费者可以方便快捷地更新他们的多媒体产品，享受更丰富的全新服务。
根据以上设计要求，下面给出了软硬件系统设计。
4.2 AUTO PC 系统的硬件设计
图2 硬件结构框图
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