基于SoPC汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)設計

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)，對汽車的停放和運行狀態(tài)進行監(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、準確和可靠的信息，必要時通過GSM對汽車進行遠程控制。

基于SoPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)可廣泛應用于汽車的防盜、日常維護和交通事故的處理，為車輛故障提供有效的測試手段。

1 系統(tǒng)硬件組成

[/table]設計采用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，從標準庫中添加外圍設備，綜合處理自定義系統(tǒng)，與QuartusII設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)工具進行程序設計、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)行程序進行調(diào)試和運行。Quartus II設計軟件提供全面有效的設計環(huán)境，將設計、綜合、布局和驗證以及第三方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。

Altera公司推出了新一代多種系列FPGA，本設計選用低成本的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)等外部設備的連接。Nios系統(tǒng)設計和設計結果分別如圖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)等外部設備的連接比較簡單，GSM系統(tǒng)的連接較為復雜，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)進行無線發(fā)送。用戶可以通過鍵盤對系統(tǒng)進行控制，也可以通過GSM系統(tǒng)對汽車中控系統(tǒng)進行遠程無線控制。

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管理子程序主要負責從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制命令為：

@@EqmC

其中，m為0時，輸出一次響應信息（查詢），m為1"255時，每1"255 s輸出一次響應信息（連續(xù)）；C為校驗和（Eqm按字節(jié)“異或”）；為回車（十六進制0d）；為換行（十六進制0a）；命令長度為8字節(jié)。

命令的響應信息為：

@@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)。

[table]

對應的管理子程序為：
int eq={@,@,E,q,1,C,0x0d,0x0a};
void gps_txd(int data[], int n) {
volatile int m,sum=0;
for(m=0;m