嵌入式系统在车载电子中的应用

王祥楚

摘 要：随着经济的增长，人民生活水平的提高，汽车已经进入千家万户，汽车工业发展至今，传统的机械技术已经不再是一枝独秀，伴随着电子技术的高速发展，车载电子已经成为汽车的重要组成部分，车载电子中嵌入式系统已经成为汽车工业发展的焦点，目前汽车的车身控制、底盘控制、发动机管理、节能环保、主被动安全系统、车载娱乐系统等，都离不开嵌入式系统的支持。

关键词：嵌入式系统；车载电子；导航系统；CAN总线；车载娱乐系统

中图分类号：U463 文献标识码：A

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，具有功能稳定、可靠性好、成本低、集成度高、功耗低、子系统能直接通信融合等特点，决定了它适用于汽车工业领域，近年来电子技术的发展日新月异，使得嵌入式系统在车载电子中的应用更为广泛。

一、嵌入式系统导航、互联网功能在车载电子中的应用

汽车导航能辅助驾驶员到达指定的目的地，说起导航系统，人们就会想到GPS，但是伴随着全球众多卫星定位系统的兴起，全球卫星定位导航系统有一个全新的名称：GNSS是Global Navigation Satellite System的缩写。主要包括有美国的GPS、中国的北斗、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo等；全球卫星定位系统主要由三大部分组成：第一部分是地面控制部分，第二部分是空间部分，第三部分就是车载导航接收部分，如图1所示。

车载导航通过GNSS模块接收到经度、纬度、高度、时间、状态等数据。通过这些数据在电子地图上就能显示出车辆的位置、速度、运动方向等相关信息，从而实现车辆导航功能。而上面的3G或4G模块可以使车辆与手机基站相连，实现AGPS（辅助全球卫星定位系统，英语：Assisted Global Positioning System，简称：AGPS）功能，借助手机基站的蜂窝网络数据传输功能，可以达到很快的定位速度和很高的定位精度，同时也实现车联网的功能。

有了以上的配置，车载导航就具备了三大功能：一是汽车轨迹追踪功能，我们可以通过互联网接收到汽车的经度、纬度、高度、时间、动态等相关数据，有了这些数据，通过软件在电子地图上就能标出车辆所在的位置；二是驾驶指南功能，将当前车辆位置设置成默认出发地，在用户输入目的地之后，嵌入式系统根据电子地图上的地图信息，就可以计算出一条推荐路线，在很多导航软件上还可以设置高速优先、最短路线、经济路线或按用户指定线路设置途经点等，如果行驶过程中车辆偏离了设定路线，系统会自动删除原有路线并以车辆当前点为出发点，重新计算出一条线路；除了导航功能外，通过互联网可以获得各种交通信息，避开拥堵路段，这样就可以选择最佳出行路线、时间及方式，给我们出行带来更大的便利；三是防盗功能，当车辆出现异常时，可以通过车载互联网功能及时将信息发送到车主手机上，车主也可以通过手机查询车辆的当前状态。

二、嵌入式系统CAN总线在车载电子中的应用

现在汽车的性能越来越好，功能越来越多，结构越来越复杂，在车载电子的整个系统中需要大量的控制器和传感器，要实现控制器和控制器、传感器与传感器及控制器和传感器之间的通信是非常困难的，很多控制器和传感器都是由不同厂家生产的，并具有不同的输出格式，想要有一个可靠的车载电子系统，并且把每个控制器和传感器的数据都汇总在一起进行计算、分析、判断，这时就需要一个有序、可靠的总线系统或网络，使每个控制器、传感器都和同一总线连接在一起，且保证数据传输过程中不受干扰，保证数据的准确性，中央处理器能够对每个控制器和传感器进行初始化和重新校准。基于嵌入式的CAN总线设计满足这样的要求。

CAN是控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）的简称，由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发出来的，并最终成为国际标准。用于汽车中各种不同模块之间的通信，以此取代昂贵而笨重的配电线束。CAN总线协议的特性包括完整的串行数据通信、提供实时支持、传输速率高、寻址能力好、抗电子干扰性强。目前CAN总线除了应用于车载电子控制系统，还有电梯控制系统、工业机械、船舶运输等领域。

在车辆上应用CAN总线，节点之间的信号传输仅需要两条信号线（CAN_H，CAN_L），如图2所示。布线就变的很简单，很多横穿车身的线都不再需要了，节省了布线成本。可以这么说，CAN总线就是专为汽车量身定做的，它充分考虑到了汽车上恶劣的工作环境，比如点火线圈点火时产生的强大的反充电压，电涡流缓冲器切断时产生的浪涌电流以及汽车发动机的高温环境等。

随着汽车安全性日益受到重视，安全气囊也在逐渐增多，以前是在驾驶员前面有一个，现在很多汽车侧面与后座都会安装上安全气囊，这些气囊都是通过传感器接收到碰撞信号，通过CAN总线将信号传送到嵌入式处理器，由处理器来控制各个安全气囊的弹出动作。同时，很多车辆上先进的防盗设计也是基于嵌入式CAN总线的网络技术。首先，会通过CAN网络先验证钥匙的合法性，验证信息通过CAN网络进行相互传递，其校验的信息比以往的防盗系统更严谨了；其次，车钥匙、防盗控制器和发动机控制器相互都储存了对方信息，而且在验证码中又有随机码，增加了破译难度，从而提高防盗系统的安全性。而这些功能的实现都是借助嵌入式CAN总线来完成的，嵌入式CAN總线设计已经成为汽车智能化控制的化身。在现代汽车设计中，CAN总线设计已经逐渐成为汽车广泛采用的总线网络装置。例如：奔驰、宝马、大众等汽车都采用了CAN总线作为控制器、传感器联网的装置。目前CAN总线技术在我国汽车工业领域中也已经得到了应用。

三、嵌入式系统在车载娱乐系统上的应用

随着用户对驾车体验要求的提高，车载娱乐系统已逐渐成为车体、传动和安全三大基本单元以外的第四大系统。嵌入式系统在车载娱乐系统中，目前主要的硬件配置有液晶显示、触摸屏、摄像头、功放、喇叭、麦克风、收音机、WIFI、4G网络通信模块、蓝牙、USB或SD卡接口等硬件（如图1所示）。

嵌入式系统与汽车的结合，使得车载娱乐系统从最初的只有音乐和广播，到如今的数字电视、在线收听、下载歌曲和电影，车载娱乐系统已经和PC的体验差不多，语音识别和语音合成技术的应用，让驾驶员在驾车的同时仍能自如地操控车载娱乐系统，通过语音指令，就可以播放媒体、接听电话、回复短消息、设置导航、查找服务热点、远程诊断、紧急维修服务等。嵌入式系统的摄像头就是行车记录仪，即记录车辆行驶过程中的影像及相关资讯的仪器，相当于驾驶员的第三只眼睛，可以把时间、速度和所在位置都记录下来，相当于汽车的“黑闸子”，可作为交通事故的证据。由于互联网的存在，使得汽车不再是一个单独的个体，而是成为互联网络的一个重要节点。通过与外界的信息交互，可以获得更丰富的服务，使汽车越变越智能，给人们带来与众不同的驾乘体验。

结语

嵌入式产品的网络化、智能化、功能的集成化发展，不仅满足了人们对工作、生活的需求，也为车载电子系统的发展指明了方向。嵌入式系统在车载电子中的应用，使得人与车、车与车、车与物之间的通信交互得到了提升。汽车工业的发展对嵌入式系统的应用具有良好的推动作用，同时也给嵌入式带来了新的机遇和挑战。

参考文献

[1]刘卫光.嵌入式系统原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.

[2]罗峰，孙泽昌.汽车CAN总线系统原理、设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[3]卡特索利斯，徐君明，等.嵌入式硬件设计[M].北京：中国电力出版社，2007.