基于SOPC技术的交通事故自动处理设备

2011-09-27 16:21:13来源: 互联网 关键字:交通事故  NIOSⅡ
    1 引 言

    当今,道路建设跟不上机动车辆的日益增多所带来的负荷量,加之交通警力的缺乏,导致机动车辆事故频发。一些轻微的刮蹭的发生却常常导致主干道的大堵塞。自行解决非重大交通事故无疑成为了解决这一问题的理想途径。基于SOPC技术的交通事故自动处理设备可置于每部机动车辆中,达到自动处理交通事故的目的,成本低,实用性、可扩展性强。

    本设备设计目标:当机动车行驶途中遇到车祸,车主可首先通过该设备通过配备的GPS进行定位,通过设备上的GSM与交管部门取得联系,通过设备上的摄像机记录车祸现场和车牌号等相关信息,设备还可搭载基于SOPC上的无线电通讯设备实现与相关部门的语音通讯。

2 硬件组成

    设计采用Altera公司的SOPC开发工具,系统的开发包括硬件和软件两大部分,使用SOPC Builder生成NIOS,NIOSⅡ嵌入式处理器。NIOS,NIOSⅡ嵌入式处理器开发工具允许用户配置一个或多个NIOS,NIOSⅡCPU,从标准库中添加外围设备,综合处理自定义系统,与QuartusⅡ设计软件一起编译系统。硬件框图如图1所示。

2.1 GPS与GSM部分

    NIOS-1同键盘、LED和LCD显示器、汽车中控系统以及GPS系统等外部设备的连接比较简单,GSM系统的连接较为复杂,将在软件部分加以说明。这部分的工作流程是:来自汽车中控系统和GPS系统的信息可以显示在LED和LCD显示器上,也可以通过GSM系统进行无线发送。用户可以通过键盘对系统进行控制,交管部门也可以通过GSM系统对汽车中控系统进行远程无线控制。

2.2 摄像头部分

    采用SCCB控制器控制摄像头。系统中使用的摄像头型号是Omni Vision公司的OV7649CAMERACHIPS芯片及其配套的CMOS镜头。这是一款低电压的CMOS图像传感器芯片,通过其特有的SCCB(Serial Camera ControlBus)总线的控制,可以实现全帧、半帧、子采样等各种形式的图像输出,输出格式可选择配制成YUV,RGB或者原始RGB等,另外可进行自动曝光控制,图像增益控制等,而所有的配置都是通过SCCB总线进行更改。状态机模型可简化为6种状态:Idle空闲;Bit_Start比特开始;Bit_Mid_LOW比特传输中低位传输;Bit_Mid_HIGH比特传输中高位传输;Bit_End比特传输结束;Trans_End整个传输结束。根据具体的跳转流程,用VHDL语言中的条件语句可以方便地完成,在此不再赘述。

TYPE states IS(Idle,Bit_Start,Bit_Mid_LOW,Bit_Mid_HIGH,Bit_End,Trans_End);SIGNAL now-State:states;下面对其中填充帧数据的过程进行描述:


    在仿真过程中,由于要就很长一段时间的信号进行分析,所以限于篇幅,无法将仿真结果尽列于此。在工程实际使用中,SCCB总线控制模块已经被验证无误,能够正确地实现摄像头的配置,并且拍出的图片质量也达到了预期水平。



2.3 无线电通讯部分

    这一部分是整个系统中最复杂也是占用资源最多的一部分。在此重点阐述。该部分同样采用SOPC技术实现的无线电通讯功能可以比传统的无线电系统减少成本。并且整合了整个系统使其都基于FPGA开发板上。这部分的功能实现如下:将语音编解码程序移植到两个NIOSⅡ(NIOSⅡ-1,NIOSⅡ-2)软核处理器上实现;利用PCIIP核在FPGA中增加了32 B的PCI Slave总线接口。利用NIOSⅡ-3处理器实现了系统参数的动态配置功能,并实现了原系统中通用控制器的控制管理功能;利用NIOSⅡ-4软核处理器完成卷积码编码和维特比译码;在系统中加入了以太网IP核,配合外部以太网PHY接口芯片为电台扩展了以太网接口,并增加了SDRAM控制器,为系统外扩了SDRAM存储器,进一步增强了电台的数据处理能力。在用户逻辑中设计了可变长度的匹配滤波器,完成扩频信号的解扩,数据的解调。

    在该部分系统中,NIOSⅡ-1处理器用来实现实时的24 k。32 k速率∑-△语音编码器,NIOSⅡ-2处理器用来实现∑-△语音的实时解码器,这两个处理器采用NIOSⅡPF高速型32位内核;NIOSⅡ-3处理器采用标准型内核,用来完成系统参数的配置、人机交互界面、电台管理和控制以及系统中FLASH配置内容的在线更新工作;系统增加的10/100 M以太网接口支持设备通过网络远程配置和管理,包括电台使用伪码的下发、电台使用密钥的下发、系统参数的远程更新、新功能的重新配置等,为实现一定区域中所有工作电台的空中管理提供了可能。通过在FPGA中增加NIOSⅡ-4处理器,用来实现信道编码和译码,提高系统的误码率性能,以很小的代价方便地为电台引入数传功能。我们在使用(2,1,7)卷积码配合维特比译码进行仿真,使用了一个NIOSⅡPF等级的处理器配合少量用户逻辑,完成了不低于10 kb/s速率的卷积编码和维特比译码工作。

3 软件部分

    在此着重介绍GPS/GS部分的系统软件组成:系统软件主要由主程序、GPS管理子程序和GSM管理子程序等部分组成。主程序完成系统的初始化,以及键盘、LED、LCD显示器和汽车中控系统的操作管理等。GPS管理子程序主要负责从GPS系统接收时间和位置信息。请求GPS系统返回ASCII时间位置信息的二进制命令为:



日期:mm是月(01~12),dd是日(01~31),yy是年(99~19)。

世界时间(UTC):hh是时(00~23),mm是分(00~59),ss是秒(00~59)。

纬度:dd是度(00~90),mm.mmmm是分(00~59.9999),n是方向(N是北,S是南)。

经度:ddd是度(000~180),mm.mmmm是分(00~59.9999),w是方向(W是西,E是东)。

信息长度是96字节。

对应的管理子程序为:



    GSM管理子程序主要负责GSM系统的数据收发管理。GSM系统的数据收发以短信形式进行,选择短信格式的AT命令为AT+CMGF,收发短信的AT命令分别为AT+CMGR和AT+CMGS,对应的管理子程序为:


4 结语

    本文设计一个应用SOPC技术实现的交通事故自动处理设备,利用SOPC技术提高了交警对事故处理的速度,且传送性能稳定。实验表明把SOPC技术引入交通部门的事故管理中,不仅能节省交通部门处理事故的费用,而且提高交警处理事故的效率,为交通部门提供精确、可靠的信息,具有很好的理论意义和实际价值。

关键字:交通事故  NIOSⅡ

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0927/article_2583.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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