BOA技术在车辆感知网络中的应用研究

崔建明

（长安大学 信息工程学院，陕西 西安 710064）

车辆感知是支持车联网技术（Internet of Vehicle，IoV）的主要技术内容之一，在文献[1]中车联网技术被定义为：指利用先进传感器技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术，对道路和交通进行全面感知，实现多个系统间大范围、大容量数据的交互，对每一个车辆、每一个道路的状态进行多方面、全时段的控制，以提供交通安全及交通效率。从定义中可以看出“车联网”技术本质就是无处不在的感知，这样感知过程需要有效的传感器及双向信息交互。车联网的研究关注的重点在于车-车、车-路的宏观通讯技术，以及车辆自身的微观状态感知，大多数微小设备感知信息是单向传递，缺乏对部件的控制与操作回馈的双向信息传递，故此需要完善，文中基于这个需求进行了研究。技术主要内容把嵌入式的BOA[2]技术引入到车联网技术当中。此方法可以通过与CAN（Controller Area Network）总线、控制中心的智能程序集成，达到集中监控与调整设备整体的关键部件参数，即智能部件感知的目的。甚至通过具有独立的虚拟地址技术对关键部件设置独有地址，达到远程感知。对此，本文做了部分研究工作，首先，介绍了基于BOA的面向车联网构架结构，其次，对关键技术GoAhead的Web Server迁移到VxWorks做详细的介绍，最后，给出一个对车联网中的关键部件进行管理的简单例程。

1 “车联网”与BOA技术

在车联网系统中需要感知具体的关键部件的健康状态，运行信息等。车联网技术感知模型如图1所示，车辆感知信息通过（OBU）与路边设备（RSU）建立无线通信，经过网关接入互联网。

图1 “车联网”感知模型Fig.1 Sensor model of IoV

“车联网”感知模型相比来说较为宏观，如果微观层面上需要在“车联网”内部具有感知车辆内部设备的数据交互，达到被感知设备与管理系统或数据中心建立通信关系。借助BOA技术建立关系如图2所示，达到双向交互目的。

图2 被感知设备与远程数据中心建立通信关系Fig.2 Communication relationships be establish the be sensing equipment and the remote data centers

2 具有虚拟地址的独立控制

2.1 感知范围分析

对一些具体的仪器组件是通过传感器的方式感知获取数据，缺少对信息的交互能力。如果部件感知过细，可以看出对传输的环境要求将有所提高。如图3所示，（a）表示为感知的是目标的整体，而（b）感知的为目标的各个组成部分，（c）则是通过集中控制器与部件和控制中心联系，通道数量减少，降低复杂程度与成本。目前，“车联网”的信息交互是处于一个集中的层面上体现，如天气情况、健康状态、交通冲突与否。在本项研究中，建立一个BOA连接一个被感知部件与控制中心或数据中心的机制，达到感知更加细微，实现整体更多有效决策。

实现“车联感知”的计算模式，是依靠各类嵌入式BOA服务微系统的应用，集成各个部件异构传感数据的平台，集收集传感数据和指令发送于一体。目前嵌入式BOA服务器软件中，GoAhead Web Server是一款可移植性强，免费的嵌入式WEB服务器，它是运行于嵌入式操作系统之上的应用层软件[3]。VxWorks操作系统是美国风河公司设计开发一种嵌入式实时操作系统（RTOS），因其良好的持续发展能力、高性能的内核、友好的开发环境、卓越的可靠性和实时性，被广泛应用于通信、航空、航天等实时性要求极高的领域中。并结合安防监控系统的视频传感器控制器给出了应用实例。

2.2 微部件与虚拟地址

通过分析，具有局部控制器的部件感知降更具优势，故此需要建立虚拟地址与外围控制的关系，达到控制中心与微部件的信息交互。如图3中的 （c）所示，c.1….c.4都集成了BOA的技术，这样局部控制与部件见建立映射关系，如图4所示。其中BOA0为与外界感知的总接口，而BOA 1到BOA 6……等分别为在BOA 0下的虚拟端口地址控制的部件接口。通过这种虚拟独立地址的技术完全可以避免由于IP地址不足带来的弊端，并且可以便于整体管理感知微部件。当然BOA支持IPv6[6]，那么地址分配可以采用实地址方式进行信息交互。

3 嵌入式BOA技术

图3 感知对象改进Fig.3 Improve the objects of sensing

图4 控制器与部件BOA映射Fig.4 Mapping the controller and the BOA

BOA是单任务的HTTP服务器，与其他传统的Web服务器不同的是当有连接请求到来时，它并不为每个连接单独创建进程，也不通过复制自身进程来处理多链接，而是通过建立HTTP请求列表来处理多路HTTP连接请求，同时它只为CGI程序创建新的进程，这样就在最大程度上节省了系统资源，这对嵌入式系统来说是关键[2]。同时它还具有自动生成目录、自动解压文件等功能，因此，BOA具有很高的HTTP请求处理速度和效率，在嵌入式系统中具有很高的应用范围。GoAhead就是这样一类Web Server的工程应用软件。目前有支持 GoAhead[4]的嵌入式操作系统包括 Windows CE，pSOS，Embedded Linux，uCOS，VxWorks，QNX 等。 这种嵌入式 BOA技术的 Web Server支持 ASP，嵌入式 JavaScript，标准 CGI，内存中的CGI处理GoForms，扩展的API，每秒可处理大于50个请求[5]。支持硬件构架ARM7，ARM9等，并满足VxWorks操作系统和GoAhead工程运行的需要。

3.1 面向车联网BOA技术条件

首先关键部件本身能够ARM7/ARM9硬件构架控制，这是一个基本条件，如图5所示。在本例中采用ARM7作为主要控制硬件平台部分。

图5 车联网BOA系统构建Fig.5 Build the BOA of IoV

操作系统是应用软件正常工作的平台，BOA属于应用软件的类型，它具备Web Server功能属性。为了完成这个工作，需要借助能够应用在VxWorks平台上的GoAhead软件。移植GoAhead关键是让VxWorks在ARM7硬件平台上具有很好的运行状态，故此需要开发板级支持包（BSP），用于建立操作系统与硬件之间的中间层。然后移植TFFS（True File Format System）文件系统，这样VxWorks操作系统映像文件、GoAhead的工程映像文件及Web文档就可以运行在嵌入式系统硬件平台上。

当目标板中需设计一个用于接受用户指令的进程，加入到系统的多个正在运行的进程当中，系统采用称为ROUNDROBIN[10]的调度方式进行轮转调度。

3.2 GoAhead的移植方法

为方便程序调试和系统集成，分别对EOS（Embedded Operation System）环境和应用程序进行配置。首先，进行移植准备。建立一个可下载的（downloadable）的VxWorks工程，调试成功后再将VxWorks映像和GoAhead.out文件一起上传到tffs1中，在 VxWorks的 usrAppInit（）函数中加载 goahead.out文件，然后再启动Web Server。

UsrAppInit中的关键代码如下：

#ifdef USER_APPL_INIT

USER_APPL_INIT；

#endif

ioDefPathSet （“/tffs1”）；/* 设定当前的路径为 tff1 的根目录*/

if（loadGoaheadModuleAndRun（）==OK）

printf（“GoAhead Webserver READY. ”）；

}

如 果 设 置 websSetDefaultPage（T（“controltree.html”）） /*

设置默认主页*/

对于完成的正常能够运行的项目，在浏览器中输入地址http://192.168.1.1/controltree.html即可以访问/tffs1/webs/controltree.html文件。

3.3 BSP的移植过程

板级支持包BSP（Board Support Package）是介于嵌入式硬件和EOS之间的一层系统软件，负责向 VxWorks提供与硬件环境的基本接口，其移植的主要过程有：

第一步 配置嵌入式处理器的CPU型号，主频等相关参数，为整个软件系统提供底层硬件支持；

第二步 根据硬件模块配置相关设备驱动和系统中断服务程序；

第三步 定制总线及芯片引脚功能，配置存储空间映射和存储空间大小；

第四步 定制EOS功能，为软件系统提供一个多任务工作环境。

BSP的配置是系统重中之重，合理的配置能够保证系统稳定运行。

4 代码工作

选择好的调试方法，可以提高学习和项目开发的效率。目前VxWorks程序开发中常用的调试方法有网络和串口调试方法，在本应用系统中选择网络调试。正确的配置方法是在所建立的Bootable工程的VxWorks组件中选择WDB连接和END驱动，所生成的VxWorks映像通过网络加载到内存运行。主机端还需要在Target Server配置和目标机相连，配置中BackEnd选择wdbrpc，目标机的IP设置为192.168.1.11，核心文件指向主机FTP下载目录中的VxWorks映像，最选择all symbol并选中Synchronize Target/Host Symbol Table。配置如果正确，即可启动Target Server。

此时可以在当前工作空间下建立一个可下载的应用程序模块，在该模块下新建一个程序文件Multitasks.c，经编译生成Multitasks.o，下载到目标机，最后在主机的wShell中输入Mutiltasks，在超级终端中即可以看到任务的执行情况，其中代码如下：

void pt1（void）；

void pt2（void）；

Mutiltasks（）{/*一个多任务例程*/

int tId1，tId2；/* 任务 ID*/

tId1=taskSpawn （“tpt1”，90，0x100，2000，pt1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0）；

tId2=taskSpawn （“tpt2”，90，0x100，2000，pt2，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0）； }

void pt1 （void）{printf（“Hello， I am task tprint1. ”）； }

void pt2 （void）{printf（“Hello， I am task tprint2. ”）； }

在开发过程中使用应用程序模块是非常方便的，如果要形成最终产品，需要将调试成功的模块迁移到bootable VxWorks映像中，方法是将源程序加入bootable VxWorks项目，并在usrAppInit.C文件中的usrAppInit（）函数下添加入口代码Mutiltasks（），代码如下所示。最后编译成符合现场要求的VxWorks映像并完成迁移工作。

void usrAppInit（void） {

#ifdef USER_APPL_INIT

USER_APPL_INIT；

#endif

Mutiltasks （）；}

5 结 论

本文针对车联网的特点介绍了目标板上移植嵌入式BOA的方法和步骤，交叉编译环境的建立方法及控制器的设计思路。可以看出，BOA技术支持车联网，可以满足细致部件的感知。

此外，针对于系统的“车联网”技术还需要深入的研究，BOA只是在此研究上的一个基本内容。由于感知是通过虚拟地址映射得到每一个部件的ID，故此需要一个控制中心，在工程中需要控制中心与感知部件总体考虑，文中没有在此内容上有过多描述。在实际应用中采用IPv6地址，还是虚拟地址这取决于成本与技术条件，这些是以后需要深入研究的内容。

[1]WANG Jian，LIU Yan-heng，GAO Wen-bin.Securing internet of vehicles using TCM [J].International Journal of Digital Content Technology and Its Applications，2010，4（7）:226-233.

[2]Webserver B [EB/OL].[2000-02-03].http://www.boa.org/documentation/.

[3]Massa A J.Integrating the GoAhead Webserver&eCos[J].Dr.Dobb's Journal，2002，27（11）:56-64.

[4]Massa A J.Integrating GoAhead WebServer&eCos:Webbased remote management for small systems[EB/OL].[2002-12-01].http://www.ddj.com/mobile/184405201/.

[5]ZHAOQing-lei，HAN Cheng-shan，WEN Ming，et al.GoAhead Embedded Server’s Design and implementation[J].Control&Automation，2011，27（4）:67-69.

[6]Silva C d，Rodrigues B，Mendes J J P C，et al.Design and Construction of Wireless Sensor Network Gateway with IPv4/IPv6 Support[C]//Communications （ICC）， 2011 IEEE International Conference on.Washington D.C:IEEE Computer Society，2011.

[7]Shreedhar M，Varghese G.Efficient fair queuing using deficit round-robin[J].IEEEI ACM Transactions on Networking，1996（4）:375-385.