基于DSRC的車(chē)載通信平臺(tái)設(shè)計(jì)

● 通用性
車(chē)間通信系統(tǒng)分為路邊單元和車(chē)載單元兩部分，不同廠(chǎng)商的設(shè)備需要進(jìn)行互聯(lián)，所以在硬件設(shè)計(jì)和軟件協(xié)議上需要考慮設(shè)備之間的兼容。

車(chē)載硬件平臺(tái)系統(tǒng)如圖5所示。無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊會(huì)發(fā)送或者接收車(chē)-車(chē)或車(chē)-路通信的數(shù)據(jù)包，通過(guò)車(chē)載處理器處理后將安全或者非安全信息顯示于用戶(hù)界面上，如果是安全消息則還會(huì)觸發(fā)音頻警報(bào)向駕駛員預(yù)警。此外，GPS單元將獲得的地理位置信息由車(chē)載處理器生成安全消息通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊發(fā)送給鄰近車(chē)輛。

圖5 車(chē)載硬件平臺(tái)總體框架圖

無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊負(fù)責(zé)按照相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。整體上無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊由兩部分組成：射頻處理單元以及基帶/MAC處理單元。GPS模塊通過(guò)串口按一定的格式輸出當(dāng)前車(chē)輛的經(jīng)度、緯度以及差分后的速度信息，車(chē)載處理器將會(huì)對(duì)從無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊和GPS模塊接收到的當(dāng)前車(chē)輛的位置和速度信息進(jìn)行處理和預(yù)測(cè)，判斷是否會(huì)發(fā)生碰撞危險(xiǎn)。

圖6 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊結(jié)構(gòu)圖

車(chē)載處理器選擇具有較高數(shù)據(jù)處理能力以及較低功耗的PXA270，PXA270處理器是基于Intel XScale架構(gòu)的處理芯片，集成了存儲(chǔ)單元控制器、時(shí)鐘和電源控制器、DMA控制器、LCD控制器、AC97控制器等外圍控制器，可以實(shí)現(xiàn)豐富的外圍接口功能。PXA270采用ARM內(nèi)核，內(nèi)置了Intel的無(wú)線(xiàn)MMX技術(shù)，能夠顯著地提升處理性能，適用于車(chē)載信息處理。圖7為車(chē)載處理器結(jié)構(gòu)圖，存儲(chǔ)芯片采用兩片型號(hào)為HYB25L256160AF的64MB SDRAM和一片型號(hào)為K9F5608U0B-YCB0的32MB Flash。

圖7 車(chē)載處理器結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于車(chē)載單元而言，一個(gè)可裁剪、低資源占用、低功耗并同時(shí)滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性和多任務(wù)同時(shí)處理的需求的操作系統(tǒng)是必需的。在眾多的操作系統(tǒng)中，嵌入式Linux操作系統(tǒng)是比較合適的選擇。

圖8提供了車(chē)載單元的軟件設(shè)計(jì)整體架構(gòu)，共分為五個(gè)模塊：視頻傳輸模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)融合處理模塊、GPS信息獲取模塊以及用戶(hù)界面模塊。

圖8 DSRC車(chē)載單元的軟件架構(gòu)

GPS信息獲取模塊通過(guò)串口接收來(lái)自GPS模塊的數(shù)據(jù)，用戶(hù)界面模塊用于顯示車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)信息，如果需要，則通過(guò)音頻報(bào)警，提示駕駛員注意當(dāng)前狀況。

視頻和數(shù)據(jù)傳輸模塊用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包，接收到的數(shù)據(jù)包首先判斷數(shù)據(jù)包的類(lèi)型，如果是視頻數(shù)據(jù)則將其拼接成一個(gè)完整的壓縮幀，如果是非視頻數(shù)據(jù)則將數(shù)據(jù)解包后直接交付數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理。OBU通過(guò)數(shù)據(jù)包中的時(shí)間戳判斷數(shù)據(jù)包是否過(guò)期，通過(guò)數(shù)據(jù)包中的順序號(hào)判斷視頻數(shù)據(jù)是否發(fā)生丟包。視頻傳輸中，將攝像頭采集的數(shù)據(jù)通過(guò)MP4壓縮再按照1024字節(jié)的大小進(jìn)行傳輸，接收端如發(fā)生數(shù)據(jù)包的丟失則相應(yīng)的丟棄一幀的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理模塊的作用為融合GPS信息獲取模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊以及視頻傳輸模塊所獲得的數(shù)據(jù)信息并根據(jù)本車(chē)的信息和周?chē)?chē)輛的位置信息，及時(shí)發(fā)出報(bào)警。其使用Xvid開(kāi)源編解碼函數(shù)庫(kù)對(duì)接收到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行MP4解碼，并顯示解碼后的圖像。表1為車(chē)間通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體性能指標(biāo)。