【正文】 基于嵌入式Linux的車輛稽查系統(tǒng)設(shè)計書1. 引言 項目簡要介紹 本項目采用嵌入式Linux技術(shù)，結(jié)合GPS、GPRS通信技術(shù)和DES加解密技術(shù)，實現(xiàn)一個遠程車輛稽查手持終端和相應(yīng)的企業(yè)級服務(wù)器。該系統(tǒng)具有車輛稽查所需要的常用操作和數(shù)據(jù)庫，并具有高安全性和全網(wǎng)監(jiān)控的功能。 項目提出的背景和意義目前，我國的公路基礎(chǔ)建設(shè)已進入快速發(fā)展階段，公路里程有了大幅度的提高，汽車已經(jīng)逐漸進入家庭，在路車輛不斷增加。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年全國漏征養(yǎng)路費高達人民幣3040個億，給國家造成了巨大的經(jīng)濟損失。同時汽車的盜搶、丟失、違章等事件越來越多，需要交通征費稽查部門、公安交警部門上路檢查的時間大大增加。因此，在路面進行移動車輛稽查顯得越發(fā)重要。在城市車輛稽查中，通常有以下三種方法：第一種是通過單純的人力進行路面攔截的車輛稽查。這種方法只能檢查車輛駕駛員當(dāng)時是否違反交通法則、駕駛員是否有相應(yīng)的駕駛照、駕照是否過期失效或者是車輛是否超載違規(guī)、年審失效等基本信息，而關(guān)于車輛以前違規(guī)次數(shù)、車輛欠費情況等現(xiàn)場不能取得的重要信息往往無能為力。甚至有時候駕駛員無證駕駛，也可以推搪說成是忘記帶駕駛證了，這給交通部門工作帶來很大的干擾。第二種是采用筆記本電腦，通過查詢筆記本電腦存儲的車輛信息和駕駛員信息數(shù)據(jù)庫而進行的車輛稽查。這種方法首先最大的缺點是數(shù)據(jù)庫不能夠?qū)崟r同步，并且需要經(jīng)常更新和維護數(shù)據(jù)庫，給工作人員帶來很大麻煩。其次是攜帶不方便，浪費資源。因為筆記本只用來查詢，而不能集工作人員手機功能與一身，并且投資巨大，浪費財政。第三種是采用便攜式智能車輛稽查系統(tǒng)，該系統(tǒng)由筆記本電腦、攝像機、支架、Windows 2000/XP操作系統(tǒng)、相關(guān)的識別軟件構(gòu)成，可以安放在收費站上面，也可以安放在車輛上面，具有實時捕捉圖像、自動識別車牌號，并且檢查車輛是否欠費或者來歷不明并且進行報警。該系統(tǒng)是目前最為先進的車輛稽查系統(tǒng)，能夠大大提高工作人員的工作效率。主要缺點是費用高，每套系統(tǒng)要5到6萬人民幣，并且在不能代替一切的車輛稽查，比如查詢不能通過攝像頭拍到的車輛或者是查詢泊車是否超時等，均無能為力。三種方法的優(yōu)缺點比較如下表所示：名稱缺點純?nèi)斯ぢ访婊?，不方便筆記本路面稽查，使用麻煩智能稽查系統(tǒng)，不方便表 12 三種稽查方法的優(yōu)缺點比較基于嵌入式Linux的車輛稽查系統(tǒng)可以有效解決上述問題，用戶只要一個手持終端，就可以進行路面車輛的輕松稽查，方便快捷，并且可以和數(shù)據(jù)庫實時同步。該系統(tǒng)成本低廉、功耗低、集合了開源Linux技術(shù)，具有推廣使用價值和借鑒意義。 特色和創(chuàng)新點雖然嵌入式Linux并不是一個新鮮的話題，但是本系統(tǒng)在設(shè)計的時候充分考慮到了用戶成本、系統(tǒng)穩(wěn)定性、用戶的需要等內(nèi)容，使得本系統(tǒng)具有以下特色和創(chuàng)新點。l 充分采用開源技術(shù)。終端大部分技術(shù)均采用了開源技術(shù)，包括引導(dǎo)程序、Linux操作系統(tǒng)、圖形界面開發(fā)框架，服務(wù)器也采用了開源的Linux作為服務(wù)器。l 成本低廉。由于采用了開發(fā)技術(shù)，可以減少成本，而終端的設(shè)計本身就是立足在高性價比的ARM芯片上，而上網(wǎng)是采用GPRS上網(wǎng)，可以減少大部分的通信費用。l 高安全性。采用DES加密算法實現(xiàn)服務(wù)器和終端的安全通信，并且用戶需要認證才可以接入數(shù)據(jù)庫。l 集中控制。終端采用GPS技術(shù)，使得服務(wù)器可以監(jiān)控所有終端的狀態(tài)、位置。l 系統(tǒng)的可維護性和升級。大部分嵌入式系統(tǒng)在完成產(chǎn)品推出后，系統(tǒng)就難以升級，而本系統(tǒng)由于有強大的Linux做為操作系統(tǒng)，可以不斷地添加外部設(shè)備，充分利用開源技術(shù)，并且可以保持與時俱進，進行產(chǎn)品的升級。由于采用了中央數(shù)據(jù)庫，從而可以保證系統(tǒng)的可維護性。l 用戶界面友好。大部分嵌入式設(shè)備的圖形界面均相當(dāng)簡單，主要是滿足了不同的需求，而本系統(tǒng)采用的圖形界面框架，可以設(shè)計出和Window上相似的圖形界面，相比其他嵌入式產(chǎn)品來說，友好的圖形界面是一大特色。l 可規(guī)模生產(chǎn)，具有產(chǎn)業(yè)價值。嵌入式系統(tǒng)的一大特點就是用戶量大，同樣，本系統(tǒng)一旦設(shè)計完成通過調(diào)試，可以大規(guī)模生產(chǎn)，并做為推廣之用。l 自主知識產(chǎn)權(quán)。2 任務(wù)概述 目標(biāo)本系統(tǒng)的目標(biāo)是實現(xiàn)一個基于嵌入式Linux技術(shù)、GPRS技術(shù)、GPS技術(shù)、加解密技術(shù)的手持終端設(shè)備和基于Internet的服務(wù)器系統(tǒng)。系統(tǒng)采用C/S模型，可以解決路面車輛信息的查詢和數(shù)據(jù)庫更新、撥打電話等功能，并具有高安全性和全網(wǎng)監(jiān)控、全球?qū)Ш焦δ堋?用戶特點本系統(tǒng)面向的用戶屬于交通稽查部門或者交警相關(guān)部門人員。這些人員對計算機的熟悉程度較低，因此系統(tǒng)應(yīng)該具有友好的使用界面和穩(wěn)定性。對于服務(wù)器可以由相關(guān)專業(yè)人員維護。 系統(tǒng)特點1．終端性價比高。因為采用了arm9芯片和Linux操作系統(tǒng)，在提高終端性能的同時降低價格。并且GPRS上網(wǎng)費用低，永遠在線，按流量計費也進一步降低了費用，解決了費用問題。2．終端功能多。該系統(tǒng)集成查詢、撥打電話、發(fā)送短消息功能于一身，并且提供了一個PDA界面，可以獲得很多的桌面應(yīng)用軟件，比如上網(wǎng)、文本編輯器等。在后續(xù)的開發(fā)中，可以加上無線局域網(wǎng)、藍牙功能，與小型打印機相連，實現(xiàn)增開罰單、繳費開單等功能。3．終端攜帶方便。本系統(tǒng)體積小，可以隨身攜帶，可以當(dāng)做通用的智能手機那樣使用，因此適合街道交通警察查詢車輛情況。4. 高安全性。服務(wù)器和終端的通訊是加密的，可以保證通信的安全。用戶登錄采用認證系統(tǒng)，可以保護本地數(shù)據(jù)庫。服務(wù)器可以監(jiān)控所有終端的狀態(tài)信息。3 需求分析 功能需求服務(wù)器全網(wǎng)監(jiān)控終端管理數(shù)據(jù)庫管理GPS導(dǎo)航手持終端設(shè)備基于嵌入式Linux車輛稽查系統(tǒng)圖形界面數(shù)據(jù)庫更新車輛查詢圖形界面撥打電話圖 31 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖如圖21所示。 性能需求 終端響應(yīng)時間： 持續(xù)供電：3天 可靠性：365天 服務(wù)器可支持終端： 500臺 成本需求 終端單價： 600元 安全性需求由于車輛稽查數(shù)據(jù)庫為保密性數(shù)據(jù)庫，非合法人員不能使用、竊取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，因此，在通信時候必須保證安全性。本系統(tǒng)通過用戶認證、通信加密等方式來實現(xiàn)安全性。4. 總體設(shè)計根據(jù)需求分析結(jié)果，總結(jié)出車輛稽查系統(tǒng)需要滿足的一些特性，分別為：低成本、高安全、界面友好、性能穩(wěn)定、具有可擴展性、服務(wù)器并發(fā)量大。根據(jù)這些特點，作者在此提出了如下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用C/S模型。如圖41所示。圖 41 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖終端采用ARM9芯片，帶有GPRS模塊可以無線上網(wǎng)，以觸摸屏做為數(shù)據(jù)輸入和顯示，并具有GPS功能。采用Linux作為操作系統(tǒng)和C/C++編程語言，借助QT框架，提供了友好的圖形界面。查詢數(shù)據(jù)以TCP/IP數(shù)據(jù)包的形式輸送給GPRS網(wǎng)絡(luò)。GPRS網(wǎng)絡(luò)通過無線基站，將收到的數(shù)據(jù)包通過其網(wǎng)關(guān)（GGSN）送入到因特網(wǎng)中，而因特網(wǎng)將數(shù)據(jù)包傳送到服務(wù)器，供服務(wù)器處理?；橄到y(tǒng)服務(wù)器采用紅帽 Linux 企業(yè)版做為操作系統(tǒng)，以O(shè)racle作為后臺數(shù)據(jù)庫，以java作為編程語言。主要負責(zé)接收終端發(fā)送過來的TCP/IP數(shù)據(jù)包并執(zhí)行數(shù)據(jù)庫查詢或更新操作，并且返回給果，同時提供圖形界面以支持對終端的管理工作、監(jiān)控工作和對數(shù)據(jù)庫進行操作。在實際運行的時候，服務(wù)器可以采用專線接入到GPRS網(wǎng)絡(luò)中，這樣可以避免重要數(shù)據(jù)庫在因特網(wǎng)上的傳送。5. 終端詳細設(shè)計 終端硬件設(shè)計S3C2410 （ARM9)64M SDRAM64M　flash串口控制器LCD液晶顯示器GPRS模塊圖 51 終端硬件組成串口控制器GPS模塊 終端硬件設(shè)計如下圖所示，其中電源電路、復(fù)位電路等沒有標(biāo)出來。下圖主要是列舉了一些重要的功能，考慮可擴展性，可以在未來接上WIFI和藍牙、紅外、攝像頭等接口。 處理器 終端采用三星公司的S3C2410芯片。S3C2410是一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器， 主要面向手持設(shè)備以及高性價比， 低功耗的應(yīng)用。運行的頻率可以達266MHz。ARM920T 核由 ARM9TDMI，存儲管理單元（MMU）和高速緩存三部分組成。其中MMU可以管理虛擬內(nèi)存， 高速緩存由獨立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache組成。S3C2410豐富的接口電路為以后的擴展性打下了基礎(chǔ)。S3C2410 外設(shè)概覽：216。 支持 STN和 TFT 的 LCD控制器。 216。 SDRAM 控制器和外部存儲器接口。 216。 NandFlash 控制器。 216。 3 個通道的 UART，其中一個通道可作為 IrDA紅外通訊接口。 216。 4 個通道的 DMA。 216。 4 個具有 PWM 功能的定時器和一個內(nèi)部時鐘。 216。 8 通道的10位 ADC。 216。 四線電阻式觸摸屏接口。 216。 IIS 音頻接口。 216。 2 個 USB 主機接口，1個 USB 設(shè)備接口。 216。 1 個 IIC 總線接口和 2 個 SPI 總線接口。 216。 SD卡接口。 216。 看門狗定時器和 RTC 實時時鐘。 216。 117 位通用 I/O口和 24 位外部中斷源。 GPRS模塊GPRS模塊采用PTM 100模塊，該模塊兼容標(biāo)準(zhǔn)的AT指令集，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議和彩信功能和GSM功能，可以很好地滿足我們的實驗要求。處理器和GPRS模塊通信采用AT指令，部分AT指令如下