基于SOPC技术的交通事故自动处理设备

    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。