【摘要】本文利用飛思卡爾基于Cortex-A9內(nèi)核的i.MX 6Dual應(yīng)用級(jí)處理器設(shè)計(jì)搭建車(chē)載安全防護(hù)系統(tǒng)的理論框架，基于傳感器的數(shù)據(jù)采集并通過(guò)GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)采用UDP協(xié)議傳輸、并依托存儲(chǔ)模塊完成圖像的保存，從而確保事發(fā)圖像的完整傳輸，增強(qiáng)后續(xù)問(wèn)責(zé)處理依據(jù)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】Cortex-A9；Linux系統(tǒng)；GSM；UDP協(xié)議；SATA接口

1.引言

隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展使人們對(duì)車(chē)輛的安防性能提出了更高的要求。而嵌入式安防系統(tǒng)由于其高集成度、多功能、性?xún)r(jià)比優(yōu)越以及強(qiáng)穩(wěn)定性受到社會(huì)的認(rèn)可。

傳統(tǒng)的車(chē)載安防系統(tǒng)在圖像傳輸中完全依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而忽視了由于其不穩(wěn)定或者無(wú)線(xiàn)設(shè)備的異常而導(dǎo)致圖像傳輸中斷，以至于無(wú)法獲取完整圖像的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)提出具有多功能的防盜系統(tǒng)并添加存儲(chǔ)單元，采用UDP協(xié)議解決圖像傳輸過(guò)程中的異常問(wèn)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(tǒng)框架設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)基于Cortex-A9的車(chē)載智能安防系統(tǒng)主要包括i.MX6Dual核心控制模塊、存儲(chǔ)模塊、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模塊、檢測(cè)傳感器、電源等模塊?？傮w結(jié)構(gòu)如圖一所示。

圖一 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

其中i.MX 6Dual是總體的控制核心，通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛所處環(huán)境的綜合監(jiān)控。

系統(tǒng)完成的任務(wù)目標(biāo)是當(dāng)車(chē)門(mén)、窗、車(chē)身受到外力時(shí)，廂內(nèi)、外攝像頭啟動(dòng)拍攝擠壓方向，并根據(jù)紅外傳感器鎖定目標(biāo)，周期性拍攝侵入車(chē)內(nèi)的當(dāng)事人圖片，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將圖像實(shí)時(shí)傳輸給車(chē)主并存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。

一旦車(chē)輛發(fā)生上述異常時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)立即通知主人，已達(dá)到維護(hù)車(chē)輛安全的目標(biāo)。圖二為系統(tǒng)工作流程圖。

圖二 系統(tǒng)工作流程圖

3.智能安防系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 i.MX 6Dual開(kāi)發(fā)板

i.MX 6Dual應(yīng)用級(jí)處理器利用動(dòng)態(tài)長(zhǎng)度、八級(jí)超標(biāo)量結(jié)構(gòu)、多事件管道及推斷性亂序執(zhí)行，它能在頻率超過(guò)1GHz的設(shè)備中并在每個(gè)循環(huán)中執(zhí)行多達(dá)四條指令，同時(shí)還能減少目前主流八級(jí)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(wǎng)接口，并支持SATAⅡ接口的擴(kuò)展。硬件設(shè)計(jì)時(shí)，目標(biāo)板采用八層結(jié)構(gòu)，從而使開(kāi)發(fā)板空間減小，穩(wěn)固性增強(qiáng)。

GPRS通信模塊具有遠(yuǎn)程控制作用，它由GSM核心模塊、UDP協(xié)議與PPP協(xié)議模塊等組成。GSM由U轉(zhuǎn)串口接入，DDR存儲(chǔ)器用于存放Linux系統(tǒng)，4G Flash作為內(nèi)存使用，外界硬盤(pán)存儲(chǔ)拍攝的數(shù)據(jù)。三個(gè)USB口分別連接三個(gè)攝像頭；通用I/O分別連接門(mén)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(chǔ)硬盤(pán)用于存儲(chǔ)拍攝數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多次提取功能。

3.2 GSM模塊與UDP協(xié)議

GSM 系統(tǒng)是由若干各子系統(tǒng)或功能實(shí)體組成。其中基站子系統(tǒng)（BBS）在移動(dòng)臺(tái)（MS）和交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）之間，提供和管理傳輸通道，特別是包括了 MS 與 GSM 系統(tǒng)的功能實(shí)體之間的無(wú)線(xiàn)接口管理。NSS 必須管理通信業(yè)務(wù)，保證 MS 與相關(guān)的公用通信網(wǎng)或與其他 MS 之間建立通信。GSM 系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖三所示。

圖三 GSM整體結(jié)構(gòu)

①移動(dòng)臺(tái)（MS）

移動(dòng)臺(tái)（MS）是用戶(hù)使用的終端設(shè)備，它由兩部分組成：移動(dòng)終端設(shè)備（M E）和用戶(hù)身份模塊（SIM）。移動(dòng)臺(tái)采用分離設(shè)計(jì)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(guò)分離 ME 和 SIM 的功能，用戶(hù)可以方便地更換移動(dòng)臺(tái)，只需要將原來(lái)的 SIM 卡插入到新的 ME，網(wǎng)絡(luò)即可識(shí)別用戶(hù)的身份。

② 無(wú)線(xiàn)基站子系統(tǒng)（BSS）

BSS 系統(tǒng)是在一定的無(wú)線(xiàn)覆蓋區(qū)中由 MSC 控制，與 MS 進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備，它主要負(fù)責(zé)完成無(wú)線(xiàn)發(fā)送接收和無(wú)線(xiàn)資源管理等功能。BSS 在 GSM 網(wǎng)絡(luò)的固定部分和無(wú)線(xiàn)部分之間提供中繼，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶(hù)間或移動(dòng)用戶(hù)與固定網(wǎng)用戶(hù)間的通信，傳送系統(tǒng)信號(hào)和用戶(hù)信息等。

③ 交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）

交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)主要完成交換功能和用戶(hù)數(shù)據(jù)與移動(dòng)性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫(kù)功能。

④ 操作維護(hù)子系統(tǒng)（OMC）

GSM 系統(tǒng)中還有一個(gè)操作維護(hù)子系統(tǒng)（OMC），它主要是對(duì)整個(gè) GSM 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和監(jiān)控。通過(guò) OMC 實(shí)現(xiàn)對(duì) GSM 網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、系統(tǒng)的自檢、報(bào)警與備用設(shè)備的激活、系統(tǒng)的故障診斷與處理、話(huà)務(wù)量的統(tǒng)計(jì)和計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)中采用TC35i模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)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(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)。TC35i由供電模塊閃存、ZIF連接器、天線(xiàn)接口等6部分組成。圖四為T(mén)C35i模塊。

圖四TC35i模塊

UDP協(xié)議特性

（1）UDP是一個(gè)無(wú)連接協(xié)議，當(dāng)UDP傳送數(shù)據(jù)時(shí)就直接抓取來(lái)自應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，并盡可能快地把它扔到網(wǎng)絡(luò)上。在發(fā)送端，UDP傳送數(shù)據(jù)的速度僅僅是受應(yīng)用程序生成數(shù)據(jù)的速度、計(jì)算機(jī)的能力和傳輸帶寬的限制；在接收端，UDP把每個(gè)消息段放在隊(duì)列中，應(yīng)用程序每次從隊(duì)列中讀一個(gè)消息段。

（2）由于傳輸數(shù)據(jù)不建立連接，因此也就不需要維護(hù)連接狀態(tài)，包括收發(fā)狀態(tài)等，因此一臺(tái)服務(wù)機(jī)可同時(shí)向多個(gè)客戶(hù)機(jī)傳輸相同的消息。

（3）UDP信息包的標(biāo)題很短，只有8個(gè)字節(jié)，相對(duì)于TCP的20個(gè)字節(jié)信息包的額外開(kāi)銷(xiāo)很小。

（4）吞吐量不受擁擠控制算法的調(diào)節(jié)，只受應(yīng)用數(shù)據(jù)的速率、傳輸帶寬、源端和終端主機(jī)性能的限制。

3.3存儲(chǔ)單元

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用計(jì)算機(jī)平臺(tái)的存儲(chǔ)模式，即采集圖像數(shù)據(jù)通過(guò)GSM傳輸?shù)椒?wù)器，然后通過(guò)PCI總線(xiàn)存儲(chǔ)到硬盤(pán)中，或者是利用網(wǎng)絡(luò)直接實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的在線(xiàn)下載，整個(gè)過(guò)程需要依托于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的好壞，并且上述兩種方式的存儲(chǔ)速度最高只能達(dá)到70MB/s左右，無(wú)法為圖像的完整傳輸和實(shí)時(shí)性提供保障。為了避免上述問(wèn)題的發(fā)生，在系統(tǒng)中添加存儲(chǔ)單元是一個(gè)很好的解決方法。

本設(shè)計(jì)中采用SATA 接口，SATA規(guī)范將硬盤(pán)的外部傳輸速率理論值提高到了150MB/s，從其發(fā)展計(jì)劃來(lái)看，未來(lái)SATA也將通過(guò)提升時(shí)鐘頻率來(lái)提高接口傳輸速率，讓硬盤(pán)也能夠超頻。

SATA采用串行連接方式，使用嵌入式時(shí)鐘信號(hào)，具備了更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，與以往相比其最大的區(qū)別在于能對(duì)傳輸指令（不僅僅是數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)自動(dòng)矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。圖五為在開(kāi)發(fā)板上外擴(kuò)的SATA接口。

圖五外擴(kuò)SATA接口

4．安防系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁減，適用對(duì)功能、可靠性等有嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。主要由嵌入式處理器為核心的硬件系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成。

Liunx系統(tǒng)的ARM平臺(tái)移植，主要有以下幾個(gè)方面制作，符合開(kāi)發(fā)需要的BootLoader、移植內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、文件系統(tǒng)等，其步驟如圖六所示。

圖六Linux系統(tǒng)的ARM平臺(tái)移植流程圖

Linux在內(nèi)核啟動(dòng)后，要裝載根文件系統(tǒng)。圖七、八分別為內(nèi)核和busybox的編譯。

圖七 內(nèi)核編譯

圖八 busybox編譯

由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中擴(kuò)展了硬件設(shè)備和接口，所以對(duì)操作系統(tǒng)源代碼進(jìn)行了修改，添加完善的硬件驅(qū)動(dòng)程序。圖九是系統(tǒng)的軟件模塊示意圖。

圖九 軟件模塊

5.結(jié)束語(yǔ)

基于Cortex-A9內(nèi)核處理器的車(chē)載智能安防系統(tǒng)是一個(gè)具有先進(jìn)性和數(shù)據(jù)收發(fā)保障性的車(chē)輛防盜系統(tǒng)。本文首次將Cortex-A9系列的處理器應(yīng)用于遠(yuǎn)程車(chē)載防盜系統(tǒng)中，而且添加了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元并協(xié)同UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，而且確保了數(shù)據(jù)的完整性。它的傳輸速度要高于傳統(tǒng)TCP協(xié)議，而在數(shù)據(jù)的可靠性方面有很大增強(qiáng)，存儲(chǔ)單元的增加又能使數(shù)據(jù)被多次提取。由于Cortex-A9系列處理器本身的高擴(kuò)展性，使用者可以根據(jù)自身實(shí)際需求進(jìn)行功能擴(kuò)展，大大減少了開(kāi)發(fā)的成本，所以具有較高的性?xún)r(jià)比。

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