姜竹勝，湯新寧，陳 軍

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

近年來，隨著國民收入的不斷提高，汽車已進入普通家庭。據(jù)預測，今后數(shù)年，我國的車輛保有量還將以10%～15%的速度持續(xù)增長。在車輛保有量高速增長的同時，我國的移動、無線技術(shù)領(lǐng)域也正處在一個高速發(fā)展的時期，各種移動、無線創(chuàng)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)并快速步入商用，應用市場異?；钴S，移動、無線技術(shù)自身也在快速演進中不斷革新。正是基于汽車與網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的背景下，以汽車為載體，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接的 “車載物聯(lián)網(wǎng)”概念浮出水面，并且立即成為汽車與通信產(chǎn)業(yè)共同關(guān)注的焦點問題。國家 “十二五”規(guī)劃的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標中，明確提出要大力推動以3G無線物聯(lián)與智能遠程控制為手段、基于車載信息化的物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略；規(guī)劃中同時也提出要發(fā)展寬帶融合安全的下一代國家基礎(chǔ)設(shè)施，推進物聯(lián)網(wǎng)的應用。在物聯(lián)網(wǎng)的分支中，最容易形成系統(tǒng)標準，最具備產(chǎn)業(yè)潛力的應用就是車聯(lián)網(wǎng)。車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的應用，將成為未來智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。

1 國內(nèi)外車載終端研究現(xiàn)狀

1.1 國外

在國外，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已廣泛應用，且產(chǎn)業(yè)成熟度較高。美國、歐洲與日本的車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)各有不同特色。

1）美國是較早推行車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國家之一，早在1997年，通用公司就已經(jīng)推行了On-star業(yè)務(wù)，On-star把摩托羅拉無線通信模塊、車輛定位技術(shù)及服務(wù)中心綜合為一體，為汽車提供全方位的通信服務(wù)。而福特公司也適時推出了wingcast車載互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，與On-star展開競爭。2010年以來，硬件價格大幅下降、需求增加、服務(wù)內(nèi)容完善，美國的車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進入了新一輪的快速發(fā)展階段。美國政府與工業(yè)界也積極參加到車載物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)中。車輛基礎(chǔ)設(shè)施集成計劃 （VehicleInfrastructure Integration）致力于利用無線通信技術(shù)使行駛中的車輛更緊密地與周圍的環(huán)境相聯(lián)系，從而提高交通系統(tǒng)的安全性。

2）歐洲的車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出和美國不同的特點，即以項目促發(fā)展。目前，歐洲大陸汽車年產(chǎn)量接近1400萬輛，有將近2億輛汽車在歐洲大陸行駛，與之相對的是基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)不能維持道路安全的基本要求?；谶@種情況，歐洲推出了e-Safety項目。該項目涉及各國政府、車廠、汽車零組件廠、電信業(yè)者、科技廠商、服務(wù)提供者、金融保險業(yè)者、研究機構(gòu)等各個方面，以進一步提升行車安全。Fleet-Net是一個由歐洲多個汽車公司、電子公司和大學的合作項目，包括NEC公司、DaimlerChrysler公司、Siemens公司和Mannheim大學，其利用無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)無線車載通信，能夠有效提高駕駛員和乘員的安全性和舒適性。FleetNet的設(shè)計目標包括實現(xiàn)近距離多跳信息傳播以及為駕駛員和乘員提供位置相關(guān)的信息服務(wù)。

3）日本車聯(lián)網(wǎng)以市場需求為導向，產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出發(fā)展快、功能性強的特點。在市場規(guī)模方面，目前，在日本使用G-Book服務(wù)的用戶大約為300萬，并以每年50萬的速度在增長。

1.2 國內(nèi)

和以上國家相比，中國的車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)剛剛起步，是以一種簡化版的車聯(lián)網(wǎng)運營模式 （即Telematics）向前推進，圍繞車載智能平臺進行集成，實現(xiàn)各類信息服務(wù)。中國的Telematics服務(wù) （即車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)）發(fā)展相比起國外，實屬后起之秀。自2009年3月25日，裝備了G-Book系統(tǒng)的雷克薩斯第3代RX350正式登陸中國市場，標志著由汽車廠商主導的Telematics服務(wù)在中國正式商用。進入2010年，自主品牌生產(chǎn)商接過了接力棒，同年4月，上汽榮威350上市， 配備Telematics系統(tǒng) （inkanet）。 而吉利的G-NetLink、華泰的TIVI、一汽D-Partner、長安汽車Incall等自主品牌汽車廠相繼開始實施推出車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。目前能提供車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的車型偏少，信息服務(wù)不充分，不同廠商生產(chǎn)的智能終端、服務(wù)平臺及信息服務(wù)還不能實現(xiàn)互聯(lián)互通，因此也制約了車聯(lián)網(wǎng)及其應用的發(fā)展。

智能終端是車聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，目前國內(nèi)外的終端產(chǎn)品還是基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)模式開發(fā)的，研發(fā)內(nèi)容包括硬件、驅(qū)動軟件、通信軟件及其他應用軟件多個方面，技術(shù)難度與開發(fā)工作量大，產(chǎn)品成本與可靠性也難以得到保證，制約了車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的廣泛應用。基于終端模塊/芯片的解決方案可以較好地解決這一問題，但目前國內(nèi)外還沒有能滿足智能終端需求的模塊與芯片。大唐電信于2011年底推出符合汽車標準的TD通信模塊，但該模塊只提供TD通信，還不能作為智能終端的解決方案。

2 車載終端的硬件架構(gòu)設(shè)計

目前，國內(nèi)汽車行業(yè)使用的車載智能終端主要有2種:基于ARM+DSP的信息終端和基于X86架構(gòu)工業(yè)PC機的信息終端。前一種系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)難度較大，且成本較高；后一種系統(tǒng)易受振動、灰塵、潮濕、高溫以及其他環(huán)境問題的影響，電能消耗量大，運行不穩(wěn)定，升級困難，容易出現(xiàn)故障和數(shù)據(jù)丟失。

經(jīng)過大量調(diào)研，本文主要研究基于CAN網(wǎng)絡(luò)、2G/3G通信模塊、ARM處理器和Linux的車載網(wǎng)絡(luò)信息終端模塊，并在此模塊的基礎(chǔ)上開發(fā)信息終端系統(tǒng)，功能和結(jié)構(gòu)上進行高度集成，只需要外圍添加少量電路元器件就可以設(shè)計出各種不同功能的車載信息終端。其模塊硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1）汽車CAN網(wǎng)絡(luò)接口采用Freescale公司的PowerPC處理器MPC555，汽車CAN網(wǎng)絡(luò)上各ECU采集各自的傳感器數(shù)據(jù)，再將其發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)上，MPC555與汽車CAN網(wǎng)絡(luò)直接相連，對CAN網(wǎng)絡(luò)報文進行收發(fā)并處理。另外，處理器還能實現(xiàn)CAN總線數(shù)據(jù)的實時存儲，能將數(shù)據(jù)存儲在CF卡上，方便對汽車進行故障分析。與主處理器通過高速串行總線連接。

2）主處理器采用MagicEyes MMSP2系列，芯片型號為MP2520F（雙ARM9核多媒體處理器，主頻400 MHz，自帶MPEG4硬件解碼功能）；系統(tǒng)存儲器需要256M DDR RAM，2GB Nand Flash，保證了車載智能信息終端的各個功能的需求。

3） 液晶顯示器采用7寸 （800×480） 或10.2寸TFT真彩色屏幕，可以顯示汽車相關(guān)信息并播放視頻。另外，在模塊中集成4線電阻式觸摸屏接口，可以直接連接四線電阻觸摸屏，保證輸入的正確。

4）RFID模塊用于獲取道路和其他車輛的相關(guān)信息，為車路聯(lián)網(wǎng)與車車聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建通道。

5）GPS無線定位模塊采用S-98系列GPS模塊，可同時追蹤多達20顆衛(wèi)星，并迅速定位?？山邮杖蚨ㄎ幌到y(tǒng)接收器類型20個頻道，L1的頻率，1.023 MHz芯片速度，C/A碼1.023 MHz芯片速度；水平定位精度＜2.5 m； 速度精度＜0.01m/s （高速）＜0.01°（heading）。

6）3G無線通信模塊采用重郵信科股份有限公司的TDS-CDMA無線通信模塊，TDM330無線模塊主要功能:①制式為TD-SCDMA/TD-HSPA；②支持1880～1920、 2010～2025 MHz； ③支持HSDPA下行峰值速率2.8 Mb/s； ④支持HSUPA上行峰值速率2.2 Mb/s；⑤可適用于各種TD終端產(chǎn)品。

在信息終端模塊的基礎(chǔ)上，可根據(jù)市場需求擴展各種外圍接口電路，從而研制出各種型號的車載信息終端。系統(tǒng)在車載信息模塊基礎(chǔ)上可以擴充WIFI、FM收音機、藍牙和攝像頭等模塊。根據(jù)不同的功能需求可以進行裁剪，使車載信息終端的靈活性大大提高。

3 智能車載終端的軟件架構(gòu)設(shè)計

車載智能信息終端是一個復雜的系統(tǒng)，集成了多種通信與數(shù)據(jù)IO硬件，并提供對多種通信協(xié)議、數(shù)據(jù)處理、應用服務(wù)的支持，其軟件非常復雜。因此，將終端軟件分成兩個大類:與具體業(yè)務(wù)和應用無關(guān)的基礎(chǔ)軟件部分、應用軟件部分。

基礎(chǔ)軟件部分集成到模塊中。計劃設(shè)計的終端模塊核心軟件架構(gòu)如圖2所示。軟件構(gòu)架共分為5層，從低層到高層分別是硬件抽象層、操作系統(tǒng)內(nèi)核層、基礎(chǔ)軟件層、應用軟件層。應用軟件部分即為應用軟件層。

3.1 硬件抽象層

硬件驅(qū)動及系統(tǒng)啟動等組成了硬件抽象層，位于操作系統(tǒng)以下，提供給操作系統(tǒng)層一個抽象的硬件概念，使操作系統(tǒng)能在不同種類的硬件設(shè)備上運作，具有靈活移植能力，使設(shè)備的持續(xù)發(fā)展與升級成為可能。針對車-路-網(wǎng)協(xié)同的需求及終端模塊硬件架構(gòu)，與現(xiàn)有終端相比，硬件抽象層增加了CAN、RFID的驅(qū)動。

3.2 操作系統(tǒng)內(nèi)核層

對于車載智能信息終端而言，一個可裁剪、低資源占用、低功耗并同時滿足實時性和多任務(wù)同時處理需求的操作系統(tǒng)是必需的。在眾多的操作系統(tǒng)中，實時嵌入式Linux操作系統(tǒng)是比較合適的選擇。Linux開放源代碼，可以自由添加組件、修改基礎(chǔ)框架，并可免費下載或授權(quán)價格相對較低，Linux應用開發(fā)人才資源豐富，便于開發(fā)高端的個人和行業(yè)應用，可以充分利用Linux現(xiàn)有資源，減少開發(fā)工作量，降低模塊、終端的開發(fā)和使用成本。

3.3 基礎(chǔ)軟件層

該層是操作系統(tǒng)和各種軟件應用之間的夾層，是為了更方便地實現(xiàn)對操作系統(tǒng)的利用而設(shè)計的，它的開放性直接關(guān)系到第三方軟件商的進入便利性和產(chǎn)業(yè)鏈的結(jié)構(gòu)。怎樣充分利用現(xiàn)有開源的支持庫和插件豐富信息終端支持功能，以及怎樣開發(fā)專用的支持庫是構(gòu)架設(shè)計主要解決的關(guān)鍵問題之一。本項目在該層采用組件結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，利用現(xiàn)有的組件庫，或定義各種新的支持庫的擴展接口。該層提供重要的終端軟件支持功能，這些功能總體上分為通用功能與專用功能2種類型。

1）通用功能可以充分利用已有的開源支持包來豐富和支持應用軟件的運行和開發(fā)系統(tǒng)功能:如字庫引擎、 圖形引擎 [如SDL （C）、 GLEW （C++）]、文件系統(tǒng)、嵌入式數(shù)據(jù)庫、瀏覽器引擎、多媒體支持庫等。該部分還包括一部分通用通信服務(wù)功能包，如TCP/IP協(xié)議包、語音通信支持包、藍牙等。

2）專用功能是本文計劃開發(fā)的嵌入式應用中間件，專門用于車聯(lián)網(wǎng)智能信息終端的服務(wù)，包括傳感信息融合服務(wù)、車輛遠程監(jiān)控及診斷服務(wù)、RFID服務(wù)、3G/2G通信服務(wù)等，用于支持車-路-網(wǎng)協(xié)同信息服務(wù)，為應用層提供統(tǒng)一接口。

4 車載終端樣機的開發(fā)與裝車試驗

車聯(lián)網(wǎng)車載終端通信示意圖如圖3所示。車聯(lián)網(wǎng)的車載終端增加了以下的裝置:控制模塊總成（集成了核心控制模塊、GPS無線定位模塊、3G無線通信模塊、RFID模塊等）、7寸液晶顯示屏、GPS天線及3G天線。由于車內(nèi)空間狹小，通信時延要求較高，車聯(lián)網(wǎng)通信對于智能信息終端的可靠性和實時性提出了更高的要求，即穩(wěn)定性:除了需要滿足安全消息傳輸?shù)母呖煽啃酝?，在實際電路中還需要減少毛刺和干擾，使系統(tǒng)在車內(nèi)和室外環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定高效地工作；實時性:車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)中對于安全消息傳輸?shù)膶崟r性需要小于50 ms，這對于硬件芯片的處理速度和軟件程序的運行效率都提出了更高的要求。

車載智能信息終端在設(shè)計上考慮到了充分的安全性，從軟件上把用戶的數(shù)據(jù)和程序與內(nèi)核的、車身安全相關(guān)的程序及數(shù)據(jù)分別存儲，互不干涉，并設(shè)計了系統(tǒng)值守程序，在系統(tǒng)異?；虮罎⒌臅r候可以重新啟動系統(tǒng)或應用，保障了系統(tǒng)的可靠性。

同時，為了滿足車聯(lián)網(wǎng)終端模塊的功能需求，除了需要道路傳感設(shè)備之外，車輛制造廠還需設(shè)立監(jiān)控中心。前端車聯(lián)網(wǎng)終端模塊和監(jiān)控中心的信息交流接口是通過通信服務(wù)器實現(xiàn)的:所有車輛終端返回的命令和狀態(tài)信息通過通信服務(wù)器獲取，并提供給監(jiān)控中心使用，監(jiān)控中心發(fā)出的控制命令通過通信服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給前端車載終端設(shè)備。中心監(jiān)控管理軟件實現(xiàn)接收前端車聯(lián)網(wǎng)終端主機的GPS位置信息和各種命令數(shù)據(jù)，方便中心監(jiān)控終端對前端車輛的運行狀態(tài)實行監(jiān)控，并將車輛運行位置實時顯示在GIS電子地圖中。監(jiān)控終端微機及時處理車輛各類信息，并且能夠查看前端車輛實時視頻，必要時通過語音對講功能與前方人員實行通話。

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