基于SOPC技術(shù)的交通事故自動處理設(shè)備

1 引 言

當今，道路建設(shè)跟不上機動車輛的日益增多所帶來的負荷量，加之交通警力的缺乏，導致機動車輛事故頻發(fā)。一些輕微的刮蹭的發(fā)生卻常常導致主干道的大堵塞。自行解決非重大交通事故無疑成為了解決這一問題的理想途徑?；?strong>SOPC技術(shù)的交通事故自動處理設(shè)備可置于每部機動車輛中，達到自動處理交通事故的目的，成本低，實用性、可擴展性強。

本設(shè)備設(shè)計目標：當機動車行駛途中遇到車禍，車主可首先通過該設(shè)備通過配備的GPS進行定位，通過設(shè)備上的GSM與交管部門取得聯(lián)系，通過設(shè)備上的攝像機記錄車禍現(xiàn)場和車牌號等相關(guān)信息，設(shè)備還可搭載基于SOPC上的無線電通訊設(shè)備實現(xiàn)與相關(guān)部門的語音通訊。

2 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，NIOSⅡ嵌入式處理器。NIOS，NIOSⅡ嵌入式處理器開發(fā)工具允許用戶配置一個或多個NIOS，NIOSⅡCPU，從標準庫中添加外圍設(shè)備，綜合處理自定義系統(tǒng)，與QuartusⅡ設(shè)計軟件一起編譯系統(tǒng)。硬件框圖如圖1所示。

2.1 GPS與GSM部分

NIOS-1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)的連接較為復雜，將在軟件部分加以說明。這部分的工作流程是：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，交管部門也可以通過GSM系統(tǒng)對汽車中控系統(tǒng)進行遠程無線控制。

2.2 攝像頭部分

采用SCCB控制器控制攝像頭。系統(tǒng)中使用的攝像頭型號是Omni Vision公司的OV7649CAMERACHIPS芯片及其配套的CMOS鏡頭。這是一款低電壓的CMOS圖像傳感器芯片，通過其特有的SCCB(Serial Camera ControlBus)總線的控制，可以實現(xiàn)全幀、半幀、子采樣等各種形式的圖像輸出，輸出格式可選擇配制成YUV，RGB或者原始RGB等，另外可進行自動曝光控制，圖像增益控制等，而所有的配置都是通過SCCB總線進行更改。狀態(tài)機模型可簡化為6種狀態(tài)：Idle空閑；Bit_Start比特開始；Bit_Mid_LOW比特傳輸中低位傳輸；Bit_Mid_HIGH比特傳輸中高位傳輸；Bit_End比特傳輸結(jié)束；Trans_End整個傳輸結(jié)束。根據(jù)具體的跳轉(zhuǎn)流程，用VHDL語言中的條件語句可以方便地完成，在此不再贅述。

TYPE states IS(Idle，Bit_Start，Bit_Mid_LOW，Bit_Mid_HIGH，Bit_End，Trans_End)；SIGNAL now-State：states；下面對其中填充幀數(shù)據(jù)的過程進行描述：


在仿真過程中，由于要就很長一段時間的信號進行分析，所以限于篇幅，無法將仿真結(jié)果盡列于此。在工程實際使用中，SCCB總線控制模塊已經(jīng)被驗證無誤，能夠正確地實現(xiàn)攝像頭的配置，并且拍出的圖片質(zhì)量也達到了預期水平。



2.3 無線電通訊部分

這一部分是整個系統(tǒng)中最復雜也是占用資源最多的一部分。在此重點闡述。該部分同樣采用SOPC技術(shù)實現(xiàn)的無線電通訊功能可以比傳統(tǒng)的無線電系統(tǒng)減少成本。并且整合了整個系統(tǒng)使其都基于FPGA開發(fā)板上。這部分的功能實現(xiàn)如下：將語音編解碼程序移植到兩個NIOSⅡ(NIOSⅡ-1，NIOSⅡ-2)軟核處理器上實現(xiàn)；利用PCIIP核在FPGA中增加了32 B的PCI Slave總線接口。利用NIOSⅡ-3處理器實現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)的動態(tài)配置功能，并實現(xiàn)了原系統(tǒng)中通用控制器的控制管理功能；利用NIOSⅡ-4軟核處理器完成卷積碼編碼和維特比譯碼；在系統(tǒng)中加入了以太網(wǎng)IP核，配合外部以太網(wǎng)PHY接口芯片為電臺擴展了以太網(wǎng)接口，并增加了SDRAM控制器，為系統(tǒng)外擴了SDRAM存儲器，進一步增強了電臺的數(shù)據(jù)處理能力。在用戶邏輯中設(shè)計了可變長度的匹配濾波器，完成擴頻信號的解擴，數(shù)據(jù)的解調(diào)。

在該部分系統(tǒng)中，NIOSⅡ-1處理器用來實現(xiàn)實時的24 k。32 k速率∑-△語音編碼器，NIOSⅡ-2處理器用來實現(xiàn)∑-△語音的實時解碼器，這兩個處理器采用NIOSⅡPF高速型32位內(nèi)核；NIOSⅡ-3處理器采用標準型內(nèi)核，用來完成系統(tǒng)參數(shù)的配置、人機交互界面、電臺管理和控制以及系統(tǒng)中FLASH配置內(nèi)容的在線更新工作；系統(tǒng)增加的10／100 M以太網(wǎng)接口支持設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)遠程配置和管理，包括電臺使用偽碼的下發(fā)、電臺使用密鑰的下發(fā)、系統(tǒng)參數(shù)的遠程更新、新功能的重新配置等，為實現(xiàn)一定區(qū)域中所有工作電臺的空中管理提供了可能。通過在FPGA中增加NIOSⅡ-4處理器，用來實現(xiàn)信道編碼和譯碼，提高系統(tǒng)的誤碼率性能，以很小的代價方便地為電臺引入數(shù)傳功能。我們在使用(2，1，7)卷積碼配合維特比譯碼進行仿真，使用了一個NIOSⅡPF等級的處理器配合少量用戶邏輯，完成了不低于10 kb／s速率的卷積編碼和維特比譯碼工作。

3 軟件部分

在此著重介紹GPS／GS部分的系統(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：



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)的管理子程序為：



GSM管理子程序主要負責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)的管理子程序為：


4 結(jié)語

本文設(shè)計一個應(yīng)用SOPC技術(shù)實現(xiàn)的交通事故自動處理設(shè)備，利用SOPC技術(shù)提高了交警對事故處理的速度，且傳送性能穩(wěn)定。實驗表明把SOPC技術(shù)引入交通部門的事故管理中，不僅能節(jié)省交通部門處理事故的費用，而且提高交警處理事故的效率，為交通部門提供精確、可靠的信息，具有很好的理論意義和實際價值。