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引 言 基于SoPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)采用Altera公司最新的SoPC(可編程片上系統(tǒng))解決方案——Nios處理器軟核為核心，配合GPS和GSM系統(tǒng)，對汽車的停放和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)監(jiān)測、記錄和儲存汽車在行駛過程中的各種數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)安全問題，立即采用GSM無線通信方式通知相關(guān)人員和單位，并隨時發(fā)送通過GPS獲得的汽車位置等數(shù)據(jù)，為問題的解決提供及時、準(zhǔn)確和可靠的信息，必要時通過GSM對汽車進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 基于SoPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于汽車的防盜、日常維護(hù)和交通事故的處理，為車輛故障提供有效的測試手段。 1 系統(tǒng)硬件組成 設(shè)計采用Altera公司的SoPC開發(fā)工具。系統(tǒng)的開發(fā)包括硬件和軟件兩大部分。使用SoPC Builder生成Nios嵌入式處理器，Nios嵌入式處理器開發(fā)工具允許用戶配置一個或多個Nios CPU，從標(biāo)準(zhǔn)庫中添加外圍設(shè)備，綜合處理自定義系統(tǒng)，與Quartus II設(shè)計軟件一起編譯系統(tǒng)。軟件開發(fā)的步驟是：利用SoPC Builder生成的軟件文件，用文本編輯器編寫匯編語言或C/C++源程序，用GNUPro軟件開發(fā)工具進(jìn)行程序設(shè)計、連編和調(diào)試。GNUPro將源程序連編（包括匯編/編譯和連接）成可執(zhí)行程序，通過下載電纜對可執(zhí)行程序進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。Quartus II設(shè)計軟件提供全面有效的設(shè)計環(huán)境，將設(shè)計、綜合、布局和驗(yàn)證以及第三方EDA工具接口集成在一個無縫的環(huán)境中。利用集成在Quartus II 3.0中的SoPCbuilder可以創(chuàng)建自己的Nios CPU系統(tǒng)。Nios是Altera公司開發(fā)的16/32位嵌入式處理器軟核。* 校科研基金項(xiàng)目“基于SOPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)”資助。 Altera公司推出了新一代多種系列FPGA，本設(shè)計選用低成本的Cyclone系列器件EP1C12，其具有12 060個邏輯單元，52個M4K RAM塊，239 616個RAM位和2個鎖相環(huán)，最大用戶I/O引腳249。 系統(tǒng)硬件組成框圖由Nios系統(tǒng)和外部設(shè)備兩部分組成，如圖1所示。 Nios系統(tǒng)包括CPU（Nios）、存儲器（memory）、定時器（timer）、總線和并/串行接口（key_pio、led_pio、lcd_pio、ccs_pio、uart_0和uart_1）等，并/串行接口分別實(shí)現(xiàn)與鍵盤、LED和LCD顯示器、汽車中控系統(tǒng)以及GPS和GSM系統(tǒng)等外部設(shè)備的連接。Nios系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)計結(jié)果分別如圖2和圖3所示。 Nios系統(tǒng)同鍵盤、LED和LCD顯示器、汽車中控系統(tǒng)以及GPS系統(tǒng)等外部設(shè)備的連接比較簡單，GSM系統(tǒng)的連接較為復(fù)雜，如圖4所示。 整個系統(tǒng)的工作過程是：來自汽車中控系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的信息可以顯示在LED和LCD顯示器上，也可以通過GSM系統(tǒng)進(jìn)行無線發(fā)送。用戶可以通過鍵盤對系統(tǒng)進(jìn)行控制，也可以通過GSM系統(tǒng)對汽車中控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程無線控制。 2 系統(tǒng)軟件組成 系統(tǒng)軟件主要由主程序、GPS管理子程序和GSM管理子程序等部分組成。 主程序完成系統(tǒng)的初始化，以及鍵盤、LED、LCD顯示器和汽車中控系統(tǒng)的操作管理等。 GPS管理子程序主要負(fù)責(zé)從GPS系統(tǒng)接收時間和位置信息。 請求GPS系統(tǒng)返回ASCII時間位置信息的二進(jìn)制命令為： @@EqmC 其中，m為0時，輸出一次響應(yīng)信息（查詢），m為1"255時，每1"255 s輸出一次響應(yīng)信息（連續(xù)）； C為校驗(yàn)和（Eqm按字節(jié)“異或”）； 為回車（十六進(jìn)制0d）； 為換行（十六進(jìn)制0a）； 命令長度為8字節(jié)。 命令的響應(yīng)信息為： @@Eq,mm,dd,yy,hh,mm,ss,dd,mm.mmmm,n,ddd,mm.mmmm,w, shhhhh.h,sss.s,hhh.h,m,t,dd.d,nn,rrrr,aa,CCC 日期：mm是月（01"12），dd是日（01"31），yy是年（99"19）。 世界時間（UTC）：hh是時（00"23），mm是分（00"59），ss是秒（00"59）。 緯度：dd是度（00"90），mm.mmmm是分（00"59.9999），n是方向（N是北，S是南）。 經(jīng)度：ddd是度（000"180），mm.mmmm是分（00"59.9999），w是方向（W是西，E是東）。 信息長度是96字節(jié)。 對應(yīng)的管理子程序?yàn)椋? int eq={'@','@','E','q',1,'C',0x0d,0x0a}; void gps_txd(int data[], int n) { volatile int m,sum=0; for(m=0;m //等待發(fā)送準(zhǔn)備好 if(m!=n-3) { sum^=data[m];//計算校驗(yàn)和 na_uart_0-＞np_uarttxdata=data[m];//發(fā)送數(shù)據(jù) }else na_uart_0-＞np_uarttxdata=sum; //發(fā)送校驗(yàn)和 } } int gps,gps_buf[46];//定義全局變量 void gps_rxd(int context) {//接收中斷服務(wù)程序 gps_buf[gps]=na_uart_0-＞np_uartrxdata; //接收數(shù)據(jù) if(gps_buf[gps++]=='q') gps="0"; //數(shù)據(jù)定位 if(gps＞46) gps="46";//忽略無用數(shù)據(jù) } GSM管理 子程序主要負(fù)責(zé)GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)管理。 GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)以短信形式進(jìn)行，選擇短信格式的AT命令為AT+CMGF，收發(fā)短信的AT命令分別為AT+CMGR和AT+CMGS，對應(yīng)的管理子程序?yàn)椋? cmgf[20]={'A','T','+','C','M','G','F','=','1',0x0d};//短信格式void gsm_txd(int data[], int n) { volatile int m; for(m=0;m //等待發(fā)送準(zhǔn)備好na_uart_1-＞np_uarttxdata=data[m]; //發(fā)送數(shù)據(jù) } } int gsm="2",gsm_buf[18]={'A','T'}; void gsm_rxd(int context) { //接收中斷服務(wù)程序 gsm_buf[gsm]=na_uart_1-＞np_uartrxdata; //接收數(shù)據(jù) if(gsm_buf[gsm]=='T') gsm="1"; //數(shù)據(jù)定位 if(++gsm==18) gsm="2"; } 3 設(shè)計調(diào)試方法和設(shè)計結(jié)果 在Quartus II中使用SignalTapII嵌入式邏輯分析儀可以實(shí)時觀測系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的信號數(shù)據(jù)。被觀察的信號可以多進(jìn)制數(shù)值顯示也可以用波形顯示，但它需要占用芯片更多的資源，因此在對某個模塊的測試結(jié)束后，可以在設(shè)置中把SignalTapII嵌入式邏輯分析儀取消，并重新編譯生成以減少LE資源占用量。 實(shí)際試用結(jié)果表明：基于SoPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行正常，定位準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)傳輸可靠，操作管理方便。如果再配備上GIS（地理信息系統(tǒng)），整個系統(tǒng)將如虎添翼。 |
