一种车路协同背景下的车载通信终端设计方法

2018-12-27王强林

无线互联科技 2018年20期

王强林

（南京交通职业技术学院信息化建设与管理办公室，江苏南京 211188）

随着机动车保养量的快速上升，给交通环境带来了极大的压力，这一点在以北上广为典型的经济发达地区尤其明显。缓解这种压力的方法有很多，比如现阶段采用的限行，但是这种方法是以牺牲交通需求为前提的。再比如人工干预，但这种方式效率很低，实时性也较差。为此，人们在车联网领域提出了车路协同系统的概念。其基本思想是通过车与车、车与路之间的信息交互来达到整个交通环境的优化和管控，在不牺牲交通需求的前提下从根本上解决交通环境的压力。

车路协同的基本实施方法是由车载终端通过无线通信技术将车辆位置、工况等信息发送给路侧设备，从而让路测设备获知一个范围内每辆车的交通行为信息，然后通过相应的交通管控策略，一方面控制红绿灯，另一方面向车辆发出管控和警示信号。从而在整体上控制相关路段的交通流量和车辆行驶行为，最大限度降低交通拥堵，提高交通效率。很明显，车路协同技术的基础之一就是车载终端系统。该系统需要能够实时读取车辆行驶信息，然后通过无线通信技术发送给路侧设备[1-2]。

本文提出了一种基于飞思卡尔硬件平台和Linux软件平台的车载终端设计方法，能够实时读取相关车况信息，并具备3G通信功能。

1 系统架构

本文设计的车载终端在逻辑上分为硬件抽象层、内核层、车况协议解析层、应用层共5层，其架构如图1所示。

2 软硬件平台

2.1 硬件平台

本文所提方法采用的硬件平台是飞思卡尔以MPC563x型MCU处理器为硬件平台。该处理器采用32位计算架构，采用40 MHz，60 MHz和80 MHz 3种工作基频，可用于数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）和浮点操作，具有196个中断源。该处理器提供串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）、控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）、异步串口等丰富的外围接口，完全能够满足本文设计车载终端的数据处理和通信的功能需求[3-4]。

图1 车载终端架构

本文所设计平台直接将外设连接到MPC563x处理器的外围引脚上，大大降低了PCB设计和制造代价，并提高了其可靠性和能耗比。

2.2 软件平台

软件平台的核心是操作系统。目前主流的车载级操作系统有很多，但是像Vxworks，QNX等系统的使用成本较高。为了提高性价比，本文基于Linux搭建软件平台。Linux具有开源、稳定、高效、移植性好等优点，并具有非常庞大的上层开发工具链。

本文首先将Linux移植到MPC563x开发板，然后移植板级支持包（Board Support Package，BSP），编写了CAN总线、SPI和串口驱动，并定制了文件系统，为后续上层应用开发搭建了底层平台。

3 协议解析与应用层开发

3.1 UDS协议解析

目前车辆上搭载了各种监视运行工况的传感器。这些传感器把数据发送给相应的控制器，再由控制器在CAN网络上进行共享。本文通过CAN总线向控制器获取相应传感器数据。访问通信协议采用UDS。因此，本文对UDS协议解析程序进行编写。UDS协议工作流程如图2所示。

图2 UDS协议工作流程

根据车载终端功能需要，本文对车辆车速、方向盘转角、油门位置、旋转信息进行了读取，读取频率设为5 Hz。

3.2 GPS协议解析

本文需要对车辆位置进行实时读取。目前广泛使用的方式就是读取GPS信号。GPS协议中使用最广泛的就是NMEA-0183协议。该协议定义的标准通信接口参数如下。

波特率：4 800 bit/s（缺省值）；

数据位：8位；

停止位：1位；

奇偶校验：无；

传输长度表：传输长度=传输总字符数/每秒传输数。

协议所规定的通信语句都已是以ASCII码为基础的，NMEA-0183协议语句的数据格式如下：“$”为语句起始标志；“，”为域分隔符；“ *”为校验和识别符，其后面的两位数为校验和，代表了“$”和“*”之间所有字符的按位异或值（不包括这两个字符）；“/”为终止符，所有的语句必须以回车换行来结束，也就是ASCII字符的“回车”（十六进制的0D）和“换行”（十六进制的0A）。