基于SoPC的汽车安全监控系统设计
日期：2008-11-11 23:44:25 来源：中国自动化网
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引 言
基于SoPC的汽车安全监控系统采用Altera公司最新的SoPC(可编程片上系统)解决方案——Nios处理器软核为核心，配合GPS和GSM系统，对汽车的停放和运行状态进行监控。系统监测、记录和储存汽车在行驶过程中的各种数据，一旦出现安全问题，立即采用GSM无线通信方式通知相关人员和单位，并随时发送通过GPS获得的汽车位置等数据，为问题的解决提供及时、准确和可靠的信息，必要时通过GSM对汽车进行远程控制。
基于SoPC的汽车安全监控系统可广泛应用于汽车的防盗、日常维护和交通事故的处理，为车辆故障提供有效的测试手段。
1 系统硬件组成
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嵌入式处理器，Nios嵌入式处理器开发工具允许用户配置一个或多个Nios CPU，从标准库中添加外围设备，综合处理自定义系统，与Quartus II设计软件一起编译系统。软件开发的步骤是：利用SoPC Builder生成的软件文件，用文本编辑器编写汇编语言或C/C++源程序，用GNUPro软件开发工具进行程序设计、连编和调试。GNUPro将源程序连编（包括汇编/编译和连接）成可执行程序，通过下载电缆对可执行程序进行调试和运行。Quartus II设计软件提供全面有效的设计环境，将设计、综合、布局和验证以及第三方EDA工具接口集成在一个无缝的环境中。利用集成在Quartus II 3.0中的SoPCbuilder可以创建自己的Nios CPU系统。Nios是Altera公司开发的16/32位嵌入式处理器软核。* 校科研基金项目“基于SOPC的汽车安全监控系统”资助。
Altera公司推出了新一代多种系列FPGA，本设计选用低成本的Cyclone系列器件EP1C12，其具有12 060个逻辑单元，52个M4K RAM块，239 616个RAM位和2个锁相环，最大用户I/O引脚249。
系统硬件组成框图由Nios系统和外部设备两部分组成，如图1所示。
Nios系统包括CPU（Nios）、存储器（memory）、定时器（timer）、总线和并/串行接口（key_pio、led_pio、lcd_pio、ccs_pio、uart_0和uart_1）等，并/串行接口分别实现与键盘、LED和LCD显示器、汽车中控系统以及GPS和GSM系统等外部设备的连接。Nios系统设计和设计结果分别如图2和图3所示。
Nios系统同键盘、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，如图4所示。
整个系统的工作过程是：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，也可以通过GSM系统对汽车中控系统进行远程无线控制。
2 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：
@@EqmC
其中，m为0时，输出一次响应信息（查询），m为1~255时，每1~255 s输出一次响应信息（连续）；
C为校验和（Eqm按字节“异或”）；
为回车（十六进制0d）；
为换行（十六进制0a）；
命令长度为8字节。
命令的响应信息为：
@@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：
int eq[8>={@,@,E,q,1,C,0x0d,0x0a};
void gps_txd(int data[>, int n) {
volatile int m,sum=0;
for(m=0;m
while(~na_uart_0->np_uartstatus & 0x40);
//等待发送准备好
if(m!=n-3) {
sum^=data[m>;//计算校验和
na_uart_0->np_uarttxdata=data[m>;//发送数据
}else
na_uart_0->np_uarttxdata=sum; //发送校验和
}
}
int gps,gps_buf[46>;//定义全局变量
void gps_rxd(int context) {//接收中断服务程序
gps_buf[gps>=na_uart_0->np_uartrxdata; //接收数据
if(gps_buf[gps++>==q) gps=0; //数据定位
if(gps>46) gps=46;//忽略无用数据
}
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：
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
while(~na_uart_1->np_uartstatus & 0x40);
//等待发送准备好na_uart_1->np_uarttxdata=data[m>; //发送数据
}
}
int gsm=2,gsm_buf[18>={A,T};
void gsm_rxd(int context) {
//接收中断服务程序
gsm_buf[gsm>=na_uart_1->np_uartrxdata; //接收数据
if(gsm_buf[gsm>==T) gsm=1;
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
基于SoPC的汽车安全监控系统采用Altera公司最新的SoPC(可编程片上系统)解决方案——Nios处理器软核为核心，配合GPS和GSM系统，对汽车的停放和运行状态进行监控。系统监测、记录和储存汽车在行驶过程中的各种数据，一旦出现安全问题，立即采用GSM无线通信方式通知相关人员和单位，并随时发送通过GPS获得的汽车位置等数据，为问题的解决提供及时、准确和可靠的信息，必要时通过GSM对汽车进行远程控制。
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
基于SoPC的汽车安全监控系统可广泛应用于汽车的防盗、日常维护和交通事故的处理，为车辆故障提供有效的测试手段。
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
1 系统硬件组成
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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嵌入式处理器，Nios嵌入式处理器开发工具允许用户配置一个或多个Nios CPU，从标准库中添加外围设备，综合处理自定义系统，与Quartus II设计软件一起编译系统。软件开发的步骤是：利用SoPC Builder生成的软件文件，用文本编辑器编写汇编语言或C/C++源程序，用GNUPro软件开发工具进行程序设计、连编和调试。GNUPro将源程序连编（包括汇编/编译和连接）成可执行程序，通过下载电缆对可执行程序进行调试和运行。Quartus II设计软件提供全面有效的设计环境，将设计、综合、布局和验证以及第三方EDA工具接口集成在一个无缝的环境中。利用集成在Quartus II 3.0中的SoPCbuilder可以创建自己的Nios CPU系统。Nios是Altera公司开发的16/32位嵌入式处理器软核。* 校科研基金项目“基于SOPC的汽车安全监控系统”资助。
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
Altera公司推出了新一代多种系列FPGA，本设计选用低成本的Cyclone系列器件EP1C12，其具有12 060个逻辑单元，52个M4K RAM块，239 616个RAM位和2个锁相环，最大用户I/O引脚249。
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
系统硬件组成框图由Nios系统和外部设备两部分组成，如图1所示。
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
Nios系统包括CPU（Nios）、存储器（memory）、定时器（timer）、总线和并/串行接口（key_pio、led_pio、lcd_pio、ccs_pio、uart_0和uart_1）等，并/串行接口分别实现与键盘、LED和LCD显示器、汽车中控系统以及GPS和GSM系统等外部设备的连接。Nios系统设计和设计结果分别如图2和图3所示。
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
Nios系统同键盘、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，如图4所示。
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
整个系统的工作过程是：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，也可以通过GSM系统对汽车中控系统进行远程无线控制。
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
2 系统软件组成
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
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。
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
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。
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
GPS管理子程序主要负责从GPS系统接收时间和位置信息。
plcjs.技.术_网
请求GPS系统返回ASCII时间位置信息的二进制命令为：
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
@@EqmC
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
其中，m为0时，输出一次响应信息（查询），m为1~255时，每1~255 s输出一次响应信息（连续）；
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
C为校验和（Eqm按字节“异或”）；
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
命令长度为8字节。
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
命令的响应信息为：
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
@@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
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
日期：mm是月（01~12），dd是日（01~31），yy是年（99~19）。
plcjs.技.术_网
世界时间（UTC）：hh是时（00~23），mm是分（00~59），ss是秒（00~59）。
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
纬度：dd是度（00~90），mm.mmmm是分（00~59.9999），n是方向（N是北，S是南）。
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
经度：ddd是度（000~180），mm.mmmm是分（00~59.9999），w是方向（W是西，E是东）。
plcjs.技.术_网
信息长度是96字节。
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
对应的管理子程序为：
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
int eq[8>={@,@,E,q,1,C,0x0d,0x0a};
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
void gps_txd(int data[>, int n) {
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
volatile int m,sum=0;
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
for(m=0;m
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
while(~na_uart_0->np_uartstatus & 0x40);
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
//等待发送准备好
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
if(m!=n-3) {
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
sum^=data[m>;//计算校验和
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
na_uart_0->np_uarttxdata=data[m>;//发送数据
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
}else
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
na_uart_0->np_uarttxdata=sum; //发送校验和
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
}
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
}
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
int gps,gps_buf[46>;//定义全局变量
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
void gps_rxd(int context) {//接收中断服务程序
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
gps_buf[gps>=na_uart_0->np_uartrxdata; //接收数据
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
if(gps_buf[gps++>==q) gps=0; //数据定位
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
if(gps>46) gps=46;//忽略无用数据
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
}
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
GSM管理子程序主要负责GSM系统的数据收发管理。
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
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：
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
cmgf[20>={A,T,+,C,M,G,F,=,1,0x0d};//短信格式void gsm_txd(int data[>, int n) {
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
volatile int m;
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
for(m=0;m
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
while(~na_uart_1->np_uartstatus & 0x40);
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
//等待发送准备好na_uart_1->np_uarttxdata=data[m>; //发送数据
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
}
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
}
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
int gsm=2,gsm_buf[18>={A,T};
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
void gsm_rxd(int context) {
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
//接收中断服务程序
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
gsm_buf[gsm>=na_uart_1->np_uartrxdata; //接收数据
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
if(gsm_buf[gsm>==T) gsm=1;
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