【文章內容簡介】 儀應能以不大于 0． 2s的時間間隔持續(xù)記錄并存儲停車前 20秒實時時間 對應的車輛行駛速度及車輛制動狀態(tài)信號、記錄次數(shù)至少為 10次。速度記錄單位為 km/h，測量范圍為 0km/h～ 220km/h，測量分辨率等于或優(yōu)于 lkm/h。需要存儲的實時數(shù)據(jù)至少應該包含以下信息 : 駕駛員代碼，單獨存儲，十六進制，占用 3個字節(jié)的存儲空間。 時間 (年、月、日、時、分、秒 )， 8421BCD碼，占用 6個字節(jié)。 速度，十六進制，占用 1個字節(jié)。 車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，十六進制，占用 1個字節(jié)。 考慮到時間僅能精確到秒， 所以時間不需要每 200ms記錄一次，每 5次 (1秒 )記錄一次時間 [11]。由此得出事故疑點數(shù)據(jù)的邏輯格式如表 3． 4所示。 表 疑點數(shù)據(jù)的格式 序號 1 2 3 合計 項目名稱 時間 速度 車輛狀態(tài) 數(shù)據(jù)長度（字節(jié)） 6 1 5 1 5 16 根據(jù)疑點數(shù)據(jù)的邏輯格式，可以計算出每秒事故疑點數(shù)據(jù)占用 16個字節(jié)存儲空間。 20秒實時數(shù)據(jù)所需要的數(shù)據(jù)空間： 20 16=320(字節(jié) ) (2)行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲需求 國標規(guī)定無論車輛在行駛狀態(tài)還是停駛狀態(tài)，記錄儀均應能提供實時時間對應的車輛行駛速度信息。記錄 儀應能以不大于 1分鐘的時間間隔持續(xù)記錄并存儲車輛在最近 360小時內的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，該行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)為車輛在行駛過程中與實時時間相對應的每分鐘間隔內的平均行駛速度。速度的單位為 km/h，測量范圍為：0km/h220km/h，分辨率等于或優(yōu)于 lkm/h。需要存儲的行駛數(shù)據(jù)包含以下幾組信息： 駕駛員代碼，單獨存儲，十六進制， 3字節(jié)。 時間 (年、月、日、時、分 )， 8421BCD碼， 5字節(jié)； 速度，十六進制， 1字節(jié)； 里程， 8421BCD碼， 3字節(jié)。 從而可得每一分鐘需要記錄的歷史數(shù)據(jù)為 9字節(jié)。本記錄儀中，總共存儲 最近 360小時內的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，因此需要的存儲空間為： 360 60 9=194400(字節(jié) )=189． 84375k(字節(jié) )。 另外，還要存儲數(shù)據(jù)的索引、車輛特征系數(shù) (十六進制， 3字節(jié) )、車輛識別代號 VIN(ASII碼， 17字節(jié) )、車牌號碼 (ASII碼， 12字節(jié) )、車牌分類 (ASII碼， 12字節(jié) )、駕駛員代碼 (十六進制， 3字節(jié) )、機動車駕駛證號碼 (ASII碼字符， 18字節(jié) )、記錄儀主機可識別的唯一性編號及初次安裝同期 (8421BCD碼， 5字節(jié) )、記錄儀每一次下傳的日期及時間 8421BCD碼， 5字節(jié) )、每一次 上載的日期和時間 (8421BCD碼， 5字節(jié) )、每一次車輛特征系數(shù)的設定時間 (8421BCD碼， 5字節(jié) )等信息。預計總的數(shù)據(jù)量將會有 200k字節(jié)。 存儲方案選擇 為方便敘述，事故疑點數(shù)據(jù)、行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)分別采用實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)術語。實時數(shù)據(jù)存放汽車發(fā)生事故前后的數(shù)據(jù)，主要用于分析事故發(fā)生的原因和事故的責任；歷史數(shù)據(jù)存放汽車和司機的行駛狀況，作為事故分析的參考依據(jù)和對汽車、司機的運行狀況考核 [12]。 本記錄儀需要存儲的數(shù)據(jù)量較大，記錄儀對存儲的實時性和可靠性要求較高。本文設計的記錄儀實時數(shù)據(jù)存儲 在鐵電存儲器中，歷史數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)閃存中。將實時數(shù)據(jù)暫存起來，滿一頁時，再將實時數(shù)據(jù)傳送到歷史數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，存滿 360h數(shù)據(jù)，然后將其重新覆蓋。 (1)實時數(shù)據(jù)的存儲 記錄儀不僅要有較大的存儲空間，并且要求能夠有較快的存取速度，掉電情況下能夠對數(shù)據(jù)進行保存。為了保證所有采集的數(shù)據(jù)能夠及時的存儲，僅使用 Flash存儲器是不行的，因為它的擦寫速度比較慢，不能按字節(jié)進行擦寫操作。在記錄儀掉電或單片機任務繁忙的情況下，會造成車輛行駛信息不能及時的存儲。因此，需要擴展一個快速的 RAM器件作為數(shù)據(jù)緩存。單片機可以將采 集的數(shù)據(jù)及時保存在緩存中，在空閑周期內，將成頁或成塊的車輛行駛數(shù)據(jù)轉存到 Flash存儲器中，充分保證記錄儀的可靠性。 目前可滿足實時數(shù)據(jù)存儲方案的非易失性 RAM主要有普通靜態(tài) RAM加電池供電、內部帶鋰電的非易失性 RAM和新型的非易失性 FRAM鐵電存儲器三種實現(xiàn)方式。第一種方案要考慮電池充放電電路、同時要保證電池電量可靠、安裝穩(wěn)定牢固等因素，使得系統(tǒng)復雜度增大、可靠性降低；第二種方案 RAM價格昂貴， 1K字節(jié)需要 15元左右；第三種方案 FRAM兼具 RAM的快速寫入特性和 ROM的非易失性，沒有電池產生的不良因素 [13]。 鑒于上述要求，本系統(tǒng)選用非易失性串行外圍接口 FRAM鐵電存儲器FM25L256，它具有以下顯著特點： 工作頻率最高可達 25MHz，存儲空間為 32K 8bit； 無限次的讀寫次數(shù)； 快速 SPI串行協(xié)議，讀寫數(shù)據(jù)無延時； 掉電保護，且掉電數(shù)據(jù)可保持 45年； 先進的高可靠性鐵電制造工藝，體積小、抗干擾性強； 完善的軟、硬件雙重寫保護； (2)歷史數(shù)據(jù)的存儲 歷史數(shù)據(jù)存儲器的選擇主要滿足存儲空間較大、存放數(shù)據(jù)安全、保存時間較長等特點即可。嵌入式系統(tǒng)一般不使用硬盤或者軟盤作為存儲設備，大部分嵌入式系統(tǒng)使用 FLASH存儲器來存放數(shù)據(jù)和代碼。 對于大容量的非易失性存儲器，通常采用 EEPROM或 Flash型存儲器，它們不僅可以在掉電的情況下不會丟失所保存的數(shù)據(jù)，并且可改寫的次數(shù)也很大，價格低廉，其中 Flash型器件的擦寫速度更快，可擦寫次數(shù)也比 EEPROM高。因此本記錄儀中用Flash型存儲器。 Flash存儲器有并行接口方式、 SPI接口方式和 12C接口方式三種。并行接口方式的 Flash占用過多的單片機 I/O引腳，本文設計的記錄儀 I/O資源緊張； 12C接口的Flash只需要兩個 I/O引腳就可以實現(xiàn)訪問但是其 訪問速度比較慢 (400Kbps)； SPI總線接口的 Flash，需要 4個 I/O引腳，其訪問的速度可達 20Mbps。 綜上所述， FM25L256很適合應用在汽車行駛記錄儀這種要求快速頻繁寫操作的非易失性應用場合； SPI接口的閃存 AT45DB081B適合本記錄儀的應用 [14]。采用鐵電存儲器與 SPI接口的閃存兼顧按字節(jié)快速寫入速度、較大數(shù)據(jù)存儲空間及掉電不丟失數(shù)據(jù)的需求。 存儲器選型 (1)鐵電存儲器 FM25L256通過 SPI接口與主控芯片通信，在 SCK的上升沿接收數(shù)據(jù)，在 SCK的下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)。將 FM25L256的 WP腳接高電平、狀態(tài)寄存器設置 為 O O，不采用硬件寫保護，這樣就可以對所有存儲空間進行寫操作。而且對 FM25L256進行操作之前，必須向其傳遞一個操作代碼，以指示 FM25L256現(xiàn)在進行的是什么操作。汽車行駛記錄儀實時數(shù)據(jù)存儲模塊的電路連接如圖 。 圖 實時數(shù)據(jù)存儲電路 表 FM25L256引腳功能介紹 引腳符號 功能介紹 引腳符號 功能介紹 /CS 芯片選擇輸入端 SI 串行輸入端 SCK 串行時鐘輸入端 SO 串行輸出端 /HOLD 保 持輸入端 VDD 電源（ ） /WP 寫保護輸入端 VSS 接地端 (2)閃速存儲器 AT45DB08lB是 ATMEL公司推出的一款基于 Flash技術的大容量數(shù)據(jù)存儲器，采用 2． ，管腳 (SI、 SCK、 /CS、 /RESET、 /WP)支持 5V輸入，允許直接 5VTTL或 COMS電平信號相聯(lián)接，并且與之兼容； AT45DB081B的最大時鐘頻率可達 20MHz；在系統(tǒng)編程比較簡單，不需要高電壓。 AT45DB081B的存儲結構分為主存儲區(qū)、兩個緩存區(qū)及一個狀態(tài)寄存器。主存儲區(qū)容量為 8,650， 752位，被分成 10段、 512塊和 4096頁三個等級，每頁 264字節(jié)。AT45DB081B有段、塊和頁三種操作方式，相關操作包括讀操作指令、編程擦出指令 兩部分。編程操作是基于頁的，可實現(xiàn)對字節(jié)的讀操作，不支持單字節(jié)的寫操作：支持頁寫、頁擦除操作，擦除操作則可以按塊或頁進行。 由于 MC9S12D64內嵌 1個 SPI模塊，所以 AT45DB081B的硬件電路容易實現(xiàn)，只需將二者對應管腳相連即可。 WP為寫保護引腳，如果將其置低，則 AT45DB081B中存儲器的前 256頁被寫保護。如果要對其執(zhí)行寫操作，必須 使 WP為高。 WP引腳在芯片內部拉高，如果不使用寫保護功能該引腳可以懸空。為了提高 AT45DB081B的可靠性，/WP端接電源，允許寫。當 AT45DB081B的 CS由高變低時，芯片啟動一次操作，而當CS由低變高時，終止操作。這時 SI上的任何數(shù)據(jù)都被忽略， SO處于高阻態(tài) [15]。AT45DB081B的接口電路如圖 。 圖 歷史數(shù)據(jù)存儲電路 表 AT45DB081B引腳介紹 引腳符號 功能介紹 引腳符號 功能介紹 /CS 片選端 /WP 寫保護輸入端 SI 串行 輸入端 /RES 復 位端 SO 串行輸出端 /RDY/BUSY 就緒 /忙 SCK 串行時鐘輸入端 VCC 電源 GND 接地 駕駛員身份識別 國標規(guī)定記錄儀應能實現(xiàn)駕駛人員身份記錄功能，應能記錄駕駛員代碼和公安交通管理部門核發(fā)的機動車駕駛證證號。 lC卡是汽車行駛記錄儀的重要組成部分，主要用于駕駛員身份識別和存儲汽車的基本數(shù)據(jù)，例如放駕駛員代碼和駕駛證號碼[16]。駕駛員在開車之前插入 IC卡，直到離開時將 IC卡拔出，在此期間存儲的駕駛記錄均由該駕駛員產生。 設計方案的選擇 目前汽車行 駛記錄儀采用的駕駛員身份識別方式主要有：直接輸入識別、非接觸式 IC卡識別以及接觸式 IC卡識別。 方案一：直接輸入式識別。顧名思義就是直接通過按鍵，輸入駕駛員的信息資料來確認身份。最常見的是輸入與駕駛證號碼唯一對應的駕駛員代碼和密碼，從而實現(xiàn)駕駛員身份的識別。直接輸入識別方式開發(fā)簡單，可靠性較高，但也存在著占用 CPU引腳多，增大記錄儀體積等缺點。 方案二：非接觸式 IC卡識別。其讀寫過程通常由非接觸式 IC片和讀寫設備間的無線電波來完成。非接觸式 IC卡識別方式操作過程簡單，但是抗干擾能力相對較弱，且成本較高。 方 案三：接觸式 IC卡識別。 CPU一旦探測到有 IC卡插入則通過卡的 I/O口讀取數(shù)據(jù)，接著進行程序的判斷處理。當確定為合法的 IC駕駛員卡后，再按照協(xié)議讀取駕駛員信息。接觸式 IC卡存儲量大，讀寫機構造價便宜，維護方便 [17]。 綜合考慮，此設計采用方案三 IC卡的方式作為記錄儀主機的駕駛員身份識別方案。 IC卡 (Integrated Circuit card)又叫智能卡 (smartcard)。根據(jù)不同的應用領域 IC卡可分為金融 IC卡和非金融 IC卡；從 IC卡的讀／寫方法上來分類有接觸型和非接觸型兩種；根據(jù) IC卡內部結構 可分為存儲卡 (memory card)、邏輯加密 IC卡和 CPU卡 3種。為了保證駕駛員的信息不被隨意更改，選用西門子公司生產的接觸式邏輯加密卡 SLE4442. 電路設計 SLE4442提供最小 10萬次的擦寫次數(shù)，數(shù)據(jù)保存 10年，具備 12C總線接口。SLE4442存儲器主要由 256字節(jié) E2pROM型主存儲器、 32位 PROM型保護存儲器和 4字節(jié) E2PROM型加密存儲器組成。 SLE4442卡讀卡器電路如 圖 ： IC卡接口電路 表 SLE4442引腳功能介紹 引腳符號 功 能介紹 引腳符號 功能介紹 VCC 工作電壓 GND 地線 RST 復位信號 SCL 串行時鐘輸入 SDA 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出 SW2/SW1 卡插入測試端 單片機內嵌一個 12C模塊，硬件實現(xiàn)較為簡單，只需把