【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 儀應(yīng)能以不大于 0． 2s的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)停車前 20秒實(shí)時(shí)時(shí)間 對(duì)應(yīng)的車輛行駛速度及車輛制動(dòng)狀態(tài)信號(hào)、記錄次數(shù)至少為 10次。速度記錄單位為 km/h，測(cè)量范圍為 0km/h～ 220km/h，測(cè)量分辨率等于或優(yōu)于 lkm/h。需要存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至少應(yīng)該包含以下信息 : 駕駛員代碼，單獨(dú)存儲(chǔ)，十六進(jìn)制，占用 3個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間。 時(shí)間 (年、月、日、時(shí)、分、秒 )， 8421BCD碼，占用 6個(gè)字節(jié)。 速度，十六進(jìn)制，占用 1個(gè)字節(jié)。 車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，十六進(jìn)制，占用 1個(gè)字節(jié)。 考慮到時(shí)間僅能精確到秒， 所以時(shí)間不需要每 200ms記錄一次，每 5次 (1秒 )記錄一次時(shí)間 [11]。由此得出事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的邏輯格式如表 3． 4所示。 表 疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的格式 序號(hào) 1 2 3 合計(jì) 項(xiàng)目名稱 時(shí)間 速度 車輛狀態(tài) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（字節(jié)） 6 1 5 1 5 16 根據(jù)疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的邏輯格式，可以計(jì)算出每秒事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)占用 16個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)空間。 20秒實(shí)時(shí)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(chǔ)需求 國(guó)標(biāo)規(guī)定無(wú)論車輛在行駛狀態(tài)還是停駛狀態(tài)，記錄儀均應(yīng)能提供實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車輛行駛速度信息。記錄 儀應(yīng)能以不大于 1分鐘的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)車輛在最近 360小時(shí)內(nèi)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(guò)程中與實(shí)時(shí)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的每分鐘間隔內(nèi)的平均行駛速度。速度的單位為 km/h，測(cè)量范圍為：0km/h220km/h，分辨率等于或優(yōu)于 lkm/h。需要存儲(chǔ)的行駛數(shù)據(jù)包含以下幾組信息： 駕駛員代碼，單獨(dú)存儲(chǔ)，十六進(jìn)制， 3字節(jié)。 時(shí)間 (年、月、日、時(shí)、分 )， 8421BCD碼， 5字節(jié)； 速度，十六進(jìn)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(chǔ) 最近 360小時(shí)內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，因此需要的存儲(chǔ)空間為： 360 60 9=194400(字節(jié) )=189． 84375k(字節(jié) )。 另外，還要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的索引、車輛特征系數(shù) (十六進(jìn)制， 3字節(jié) )、車輛識(shí)別代號(hào) VIN(ASII碼， 17字節(jié) )、車牌號(hào)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(jìn)制， 3字節(jié) )、機(jī)動(dòng)車駕駛證號(hào)碼 (ASII碼字符， 18字節(jié) )、記錄儀主機(jī)可識(shí)別的唯一性編號(hào)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(shí)間 8421BCD碼， 5字節(jié) )、每一次 上載的日期和時(shí)間 (8421BCD碼， 5字節(jié) )、每一次車輛特征系數(shù)的設(shè)定時(shí)間 (8421BCD碼， 5字節(jié) )等信息。預(yù)計(jì)總的數(shù)據(jù)量將會(huì)有 200k字節(jié)。 存儲(chǔ)方案選擇 為方便敘述，事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)、行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)分別采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)術(shù)語(yǔ)。實(shí)時(shí)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(zé)任；歷史數(shù)據(jù)存放汽車和司機(jī)的行駛狀況，作為事故分析的參考依據(jù)和對(duì)汽車、司機(jī)的運(yùn)行狀況考核 [12]。 本記錄儀需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量較大，記錄儀對(duì)存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高。本文設(shè)計(jì)的記錄儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 在鐵電存儲(chǔ)器中，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)閃存中。將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)暫存起來(lái)，滿一頁(yè)時(shí)，再將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，存滿 360h數(shù)據(jù)，然后將其重新覆蓋。 (1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 記錄儀不僅要有較大的存儲(chǔ)空間，并且要求能夠有較快的存取速度，掉電情況下能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行保存。為了保證所有采集的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)的存儲(chǔ)，僅使用 Flash存儲(chǔ)器是不行的，因?yàn)樗牟翆懰俣缺容^慢，不能按字節(jié)進(jìn)行擦寫操作。在記錄儀掉電或單片機(jī)任務(wù)繁忙的情況下，會(huì)造成車輛行駛信息不能及時(shí)的存儲(chǔ)。因此，需要擴(kuò)展一個(gè)快速的 RAM器件作為數(shù)據(jù)緩存。單片機(jī)可以將采 集的數(shù)據(jù)及時(shí)保存在緩存中，在空閑周期內(nèi)，將成頁(yè)或成塊的車輛行駛數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到 Flash存儲(chǔ)器中，充分保證記錄儀的可靠性。 目前可滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案的非易失性 RAM主要有普通靜態(tài) RAM加電池供電、內(nèi)部帶鋰電的非易失性 RAM和新型的非易失性 FRAM鐵電存儲(chǔ)器三種實(shí)現(xiàn)方式。第一種方案要考慮電池充放電電路、同時(shí)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(fù)雜度增大、可靠性降低；第二種方案 RAM價(jià)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(méi)有電池產(chǎn)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(chǔ)器FM25L256，它具有以下顯著特點(diǎn)： 工作頻率最高可達(dá) 25MHz，存儲(chǔ)空間為 32K 8bit； 無(wú)限次的讀寫次數(shù)； 快速 SPI串行協(xié)議，讀寫數(shù)據(jù)無(wú)延時(shí)； 掉電保護(hù)，且掉電數(shù)據(jù)可保持 45年； 先進(jìn)的高可靠性鐵電制造工藝，體積小、抗干擾性強(qiáng)； 完善的軟、硬件雙重寫保護(hù)； (2)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選擇主要滿足存儲(chǔ)空間較大、存放數(shù)據(jù)安全、保存時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)即可。嵌入式系統(tǒng)一般不使用硬盤或者軟盤作為存儲(chǔ)設(shè)備，大部分嵌入式系統(tǒng)使用 FLASH存儲(chǔ)器來(lái)存放數(shù)據(jù)和代碼。 對(duì)于大容量的非易失性存儲(chǔ)器，通常采用 EEPROM或 Flash型存儲(chǔ)器，它們不僅可以在掉電的情況下不會(huì)丟失所保存的數(shù)據(jù)，并且可改寫的次數(shù)也很大，價(jià)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(chǔ)器。 Flash存儲(chǔ)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(guò)多的單片機(jī) I/O引腳，本文設(shè)計(jì)的記錄儀 I/O資源緊張； 12C接口的Flash只需要兩個(gè) I/O引腳就可以實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)但是其 訪問(wèn)速度比較慢 (400Kbps)； SPI總線接口的 Flash，需要 4個(gè) I/O引腳，其訪問(wèn)的速度可達(dá) 20Mbps。 綜上所述， FM25L256很適合應(yīng)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(yīng)用場(chǎng)合； SPI接口的閃存 AT45DB081B適合本記錄儀的應(yīng)用 [14]。采用鐵電存儲(chǔ)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(chǔ)空間及掉電不丟失數(shù)據(jù)的需求。 存儲(chǔ)器選型 (1)鐵電存儲(chǔ)器 FM25L256通過(guò) 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(shè)置 為 O O，不采用硬件寫保護(hù)，這樣就可以對(duì)所有存儲(chǔ)空間進(jìn)行寫操作。而且對(duì) FM25L256進(jìn)行操作之前，必須向其傳遞一個(gè)操作代碼，以指示 FM25L256現(xiàn)在進(jìn)行的是什么操作。汽車行駛記錄儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的電路連接如圖 。 圖 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 表 FM25L256引腳功能介紹 引腳符號(hào) 功能介紹 引腳符號(hào) 功能介紹 /CS 芯片選擇輸入端 SI 串行輸入端 SCK 串行時(shí)鐘輸入端 SO 串行輸出端 /HOLD 保 持輸入端 VDD 電源（ ） /WP 寫保護(hù)輸入端 VSS 接地端 (2)閃速存儲(chǔ)器 AT45DB08lB是 ATMEL公司推出的一款基于 Flash技術(shù)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(hào)相聯(lián)接，并且與之兼容； AT45DB081B的最大時(shí)鐘頻率可達(dá) 20MHz；在系統(tǒng)編程比較簡(jiǎn)單，不需要高電壓。 AT45DB081B的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分為主存儲(chǔ)區(qū)、兩個(gè)緩存區(qū)及一個(gè)狀態(tài)寄存器。主存儲(chǔ)區(qū)容量為 8,650， 752位，被分成 10段、 512塊和 4096頁(yè)三個(gè)等級(jí)，每頁(yè) 264字節(jié)。AT45DB081B有段、塊和頁(yè)三種操作方式，相關(guān)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(yè)的，可實(shí)現(xiàn)對(duì)字節(jié)的讀操作，不支持單字節(jié)的寫操作：支持頁(yè)寫、頁(yè)擦除操作，擦除操作則可以按塊或頁(yè)進(jìn)行。 由于 MC9S12D64內(nèi)嵌 1個(gè) SPI模塊，所以 AT45DB081B的硬件電路容易實(shí)現(xiàn)，只需將二者對(duì)應(yīng)管腳相連即可。 WP為寫保護(hù)引腳，如果將其置低，則 AT45DB081B中存儲(chǔ)器的前 256頁(yè)被寫保護(hù)。如果要對(duì)其執(zhí)行寫操作，必須 使 WP為高。 WP引腳在芯片內(nèi)部拉高，如果不使用寫保護(hù)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(dāng) AT45DB081B的 CS由高變低時(shí)，芯片啟動(dòng)一次操作，而當(dāng)CS由低變高時(shí)，終止操作。這時(shí) 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(chǔ)電路 表 AT45DB081B引腳介紹 引腳符號(hào) 功能介紹 引腳符號(hào) 功能介紹 /CS 片選端 /WP 寫保護(hù)輸入端 SI 串行 輸入端 /RES 復(fù) 位端 SO 串行輸出端 /RDY/BUSY 就緒 /忙 SCK 串行時(shí)鐘輸入端 VCC 電源 GND 接地 駕駛員身份識(shí)別 國(guó)標(biāo)規(guī)定記錄儀應(yīng)能實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)藛T身份記錄功能，應(yīng)能記錄駕駛員代碼和公安交通管理部門核發(fā)的機(jī)動(dòng)車駕駛證證號(hào)。 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(shí)別和存儲(chǔ)汽車的基本數(shù)據(jù)，例如放駕駛員代碼和駕駛證號(hào)碼[16]。駕駛員在開車之前插入 IC卡，直到離開時(shí)將 IC卡拔出，在此期間存儲(chǔ)的駕駛記錄均由該駕駛員產(chǎn)生。 設(shè)計(jì)方案的選擇 目前汽車行 駛記錄儀采用的駕駛員身份識(shí)別方式主要有：直接輸入識(shí)別、非接觸式 IC卡識(shí)別以及接觸式 IC卡識(shí)別。 方案一：直接輸入式識(shí)別。顧名思義就是直接通過(guò)按鍵，輸入駕駛員的信息資料來(lái)確認(rèn)身份。最常見(jiàn)的是輸入與駕駛證號(hào)碼唯一對(duì)應(yīng)的駕駛員代碼和密碼，從而實(shí)現(xiàn)駕駛員身份的識(shí)別。直接輸入識(shí)別方式開發(fā)簡(jiǎn)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(diǎn)。 方案二：非接觸式 IC卡識(shí)別。其讀寫過(guò)程通常由非接觸式 IC片和讀寫設(shè)備間的無(wú)線電波來(lái)完成。非接觸式 IC卡識(shí)別方式操作過(guò)程簡(jiǎn)單，但是抗干擾能力相對(duì)較弱，且成本較高。 方 案三：接觸式 IC卡識(shí)別。 CPU一旦探測(cè)到有 IC卡插入則通過(guò)卡的 I/O口讀取數(shù)據(jù)，接著進(jìn)行程序的判斷處理。當(dāng)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(chǔ)量大，讀寫機(jī)構(gòu)造價(jià)便宜，維護(hù)方便 [17]。 綜合考慮，此設(shè)計(jì)采用方案三 IC卡的方式作為記錄儀主機(jī)的駕駛員身份識(shí)別方案。 IC卡 (Integrated Circuit card)又叫智能卡 (smartcard)。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)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(lái)分類有接觸型和非接觸型兩種；根據(jù) IC卡內(nèi)部結(jié)構(gòu) 可分為存儲(chǔ)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(chǎn)的接觸式邏輯加密卡 SLE4442. 電路設(shè)計(jì) SLE4442提供最小 10萬(wàn)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(chǔ)器主要由 256字節(jié) E2pROM型主存儲(chǔ)器、 32位 PROM型保護(hù)存儲(chǔ)器和 4字節(jié) E2PROM型加密存儲(chǔ)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(hào) 功 能介紹 引腳符號(hào) 功能介紹 VCC 工作電壓 GND 地線 RST 復(fù)位信號(hào) SCL 串行時(shí)鐘輸入 SDA 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出 SW2/SW1 卡插入測(cè)試端 單片機(jī)內(nèi)嵌一個(gè) 12C模塊，硬件實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，只需把